ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Технология канифольно-экстракционного производства

Технология канифольно-экстракционного производства включает следующие основные стадии процесса: измельчение осмола в щепу; экстракцию смолистых веществ из щепы орга­ническим растворителем (бензином); переработку бензиновых растворов с целью получения товарных продуктов и регенера­ции растворителя. Принципиальная схема канифольно-экс­тракционного производства дана на рис. 10.1.

Хранение и подготовка осмола. Поступающий на заводы осмол укладывается для хранения на складе сырья. В настоя­щее время применяется кучевой метод хранения, при котором осмол с помощью козловых кранов укладывается в кучи. Ши­рина кучи в основании равна 28 м, высота 6 м. Действующими нормами допускается объем одной кучи до 50 тыс. м3 плотной древесины, однако практически он обычно составляет не более 10 тыс, м3. Между отдельными кучами должны быть противо­пожарные разрывы, составляющие между торцами куч 15 м, а между боковыми сторонами куч 25 м.

Кучевое хранение осмола и использование козловых кранов с грейферным захватом для его внутризаводской транспорти­ровки позволяет значительно сократить площади складов сырья и механизировать трудоемкие работы по складированию осмола и подаче его в производство.

Для бесперебойной работы завода на складе сырья должен быть 2—3-месячный запас осмола. На складе осмола обычно укладываются железнодорожные пути, по которым осмол по­дают в отделение измельчения на специальных вагонетках - платформах. При этом осмол одновременно учитывается по - массе. Осмол можно транспортировать также конвейерами скребковыми желобчатыми цепными или ленточными. Призна-

Оси о Jl

Очистка Земля, гниль

Рубка

Загрузка осмола в приемный бункер барабана проводится грейферным краном. При вращении барабана осмол захваты­вается разгрузочным ножом и перемещается по его плоскости в сторону разгрузочного окна. При достижении разгрузочным ножом положения 60° и выше от горизонтали куски осмола сва­ливаются с разгрузочного ножа на лоток, входящий внутрь барабана. В районе лотка на поверхности барабана предусмот­рены окна для удаления отходов. Отходы через окна попадают в лоток для сбора отходов и конвейером подаются в разгрузоч­ную тележку или бункер. Очищенный от балласта, гнили, забо­лони, песка и других примесей осмол подается пластинчатым питателем на бетонную площадку склада и краном формиру­ется в кучу.

На одном из заводов загрязненные отходы осмола промы­вают водой в бассейне, сооруженном из бетонных плит. Отмы­тый осмол выгружают на бетонную площадку для подсуши­вания.

Механизированная загрузка осмола, очистка, поштучная вы­дача и механизированное удаление отходов позволяют при раз­личных компоновочных решениях с существующим технологи­ческим оборудованием предприятий комплексно механизиро­вать переработку осмола, исключить ручной труд и свести к минимуму численность обслуживающего персонала.

Осмол измельчают на дисковых или барабанных рубитель - ных машинах в щепу, которую затем доизмельчают на молот­ковых дробилках. Для получения более однородной по разме­рам щепы ее сортируют. Крупная щепа направляется на доиз - мельчение. Образующаяся при измельчении осмола древесная и минеральная пыль отделяется на сортировке от щепы и уда­ляется при помощи аспирационных систем в специальные бун­кера.

При измельчении осмола получается щепа размером от 3 до 25 мм по длине волокна и от 1,5 до 3 мм по толщине. При этом щепы размером до 15 мм получается около 85 % (по массе). Отходы при измельчении составляют 5—8% от массы осмола. Щепа занимает объем в среднем на 35 % больше, чем исходный осмол. Насыпная масса 1 м3 щепы из осмола 20 %-ной влажности обычно равна 230—250 кг, в зависимости от смолистости.

Для измельчения осмола применяют дисковые рубительные машины (ДР-28 и МРН-100) и барабанные машины (фирма ЦЕКОП, ПНР). Принципиальные схемы этих машин приве­дены на рис. 10.2, а принципиальная схема получения техно­логической осмольной щепы с применением дисковых машин — на рис. 10.3. Недостаточный размер загрузочного патрона по­зволяет измельчать на этих машинах только разделанный осмол. Для измельчения полуразделанного осмола разрабаты­вается конструкция отечественной барабанной машины с уве­личенным загрузочным патроном (1200X1200 мм). Кроме того,

Рис. 10.2. Принципиальная схема рубительных машин: / — установка ножей рубительных машнн; II — дисковые машины ДР - 28, МРН-100; III — машина фирмы ЦЕКОП; / — диск (барабан); 2 — нож; 3 — контрнож; 4 — контр­планка

Машина оснащается устройством для доизмельчения щепы, что позволяет сразу получить основное количество щепы требуе­мого размера.

Для правильной работы рубительной машины необходима надлежащая заточка и замена затупившихся ножей и их пра­вильная установка. Вылет ножа над плоскостью диска или ба­рабана должен составлять 10—12 мм, расстояние от кромки ножа до контрпланки диска или барабана 18—22 мм, расстоя­ние от кромки ножа до контрножа 2—3 мм.

Для улучшения качества щепы целесообразно технологиче­скую щепу подвергать дополнительному разделению на две фракции: менее 7 мм и более 7 мм, после чего фракцию разме­ром более 7 мм направлять на гладковалковые дробилки.

Полученная в измельчнтельном отделении щепа при помощи ленточного конвейера и ковшового элеватора поднимается в бункер экстракционного отделения, откуда поступает на за­грузку в экстракторы. Выгружаемая из экстракторов отрабо­танная (обессмоленная) щепа системой конвейеров направля­ется в котельную для сжигания; она может быть также исполь­зована для получения активных углей. Отработанная щепа содержит обычно 6—15 % воды и 3—5 % канифоли (от сухой обессмоленной древесины). Содержание летучих веществ (ос­татки бензина, масел) для безопасного сжигания щепы в топ­ках должно быть не более 0,7 %.

Для контроля за отсутствием бензина в отработанной щепе под ленточным конвейером устанавливают сигнализаторы типа свк, определяющие наличие паров бензина. При срабатыва­нии прибора щепа с помощью сблокированного устройства ав­томатически сбрасывается в промежуточный аварийный бун­кер, из которого она должна быть удалена в отвал.

Методы экстракции. Смолистые вещества можно экстраги­ровать из осмола различными способами: периодическим, ба - тарейно-противоточным, батарейно-дефлегмационным и непре­рывным.

Периодическая экстракция осмола сводилась к многократ­ной обработке щепы свежим растворителем и на практике больше не применяется.

При батарейных методах экстракции различают головной и хвостовой экстракторы. Головным называют экстрактор, в ко­тором содержится мисцелла наиболее высокой концентрации. Как правило, в таком экстракторе экстрагируется свежая ос- мольная щепа и из него ведут отбор мисцеллы. Хвостовым на­зывают экстрактор, который содержит раствор с самой низкой концентрацией смолистых веществ. В хвостовом экстракторе находится наиболее проэкстрагированная щепа, сюда подается свежий растворитель.

При батарейно-про^ивоточной экстракции на свежую смо­листую щепу подается прошедший батарею экстракторов раствор смолистых веществ, а на обессмоленную щепу — све­жий растворитель. Иными словами, чем беднее смолистыми веществами щепа, тем меньше концентрация смолистых ве­ществ в соприкасающемся с ней растворителе. Это обеспечи­вает достаточную разность концентрации в каждом экстракторе батареи.

Сущность батарейно-дефлегмационного метода экстракции заключается в следующем. В верхнюю часть экстракторов ба­тареи, загруженных осмольной щепой, непрерывно подается горячий бензин (флегма), который орошает щепу и стекает в нижнюю часть экстракторов. В нижнюю часть экстракторов поступают пары растворителя, которые обеспечивают нагрев содержимого экстракторов, а также удаление воды, содержа­щейся в щепе.

Непрерывный метод экстракции заключается в том, что экс­трагируемый материал непрерывно подается в один конец вер­тикального или горизонтального экстрактора, омывается рас­творителем по принципу противотока, отдает ему растворимые вещества и непрерывно выводится из другого конца экстрак­тора. Непрерывные методы экстракции не получали развития в канифольно-экстракционном производстве.

Батарейно-противоточный метод экстракции. При этом ме­тоде растворитель проходит через ряд последовательно соеди­ненных экстракторов, обогащаясь смолистыми веществами. Движение растворителя в батарее создает благоприятные усло­вия для диффузии и обеспечивает высокую разность концентра­ций во всех экстракторах. Регулируя скорость прохождения растворителя через батарею, можно добиться достаточно глу­бокого извлечения смолистых веществ из щепы при высокой заданной концентрации экстракта (мисцеллы). Необходимо также отметить, что обогащенный смолистыми веществами рас­твор может растворять содержащиеся в осмоле окисленные смоляные кислоты, не извлекаемые чистым бензином.

Экстракционные батареи позволяют получить высокий ко­эффициент извлечения смолистых веществ при сравнительно низком расходе растворителей и тепла (технологического пара). Хотя такие батареи имеют сложные коммуникации, однако уп­равление ими не представляет трудностей.

Технологическая схема батарейно-противоточного метода для экстракционной батареи, состоящей из шести экстракторов, изображена на рис. 10.4. Процесс протекает в следующей по­следовательности (для периода, когда хвостовым является экс­трактор 12): свежий бензин поступает в нижнюю часть подо­гревателя 22, проходит через слой щепы экстрактора /2, по переточной линии поступает в низ подогревателя 23, прокачи­вается снизу вверх через экстракторы /3, U, 15, по пути подогре­ваясь в подогревателях, имеющихся у каждого экстрактора. Сверху экстрактора /3, где находится свежезагруженная щепа, по линии мисцеллы отбирают парожидкостную смесь и направ­ляют ее в сепаратор 3. В сепараторе пары воды и бензина от­деляются от мисцеллы и конденсируются в конденсаторе 4 Конденсат разделяется во флорентине 7.

Из флорентины бензин поступает в сборник рабочего бен­зина 6, откуда насосом 11 через подогреватель 5 возвращается в хвостовой экстрактор. Мисцелла из сепаратора поступает сначала из отстойников 9, а затем в сборник 10.

Таким образом, у работающей батареи открыты вентиль на подаче бензина в хвостовой экстрактор, задвижка на линии от­бора мисцеллы из головного экстрактора и задвижки на пере­точных линиях между соседними экстракторами. В экстракторе 1 идет отдувка растворителя от проэкстрагированной щепы. Для этого в низ экстрактора /] через подогреватель 2 пода­ется острый пар, пары бензина вместе с парами воды отводятся
сверху экстрактора в линию паров отдувки и далее на конден­сацию.

В экстракторе /6 производят выгрузку проэкстрагированной щепы и затем загружают свежую осмольную щепу. После этого экстрактор подключают к экстракционной батарее в качестве головного экстрактора. Для этого растворы, прошедшие экс­трактор направляют в низ подогревателя 26 и отбор мис­целлы ведут из верхней части экстрактора /6. Подача бензина производится в экстрактор 1Ъ, а из экстрактора 12 имеющиеся

Там растворы, называемые обратным сливом, сливают в сбор­ник бензина, откуда их закачивают наравне со свежим раство­рителем в хвостовой экстрактор.

Следовательно, в конце каждого рабочего периода экстрак­ционной батареи, проводят следующие операции: 1) прекра­щают отдувку и отключают на разгрузку очередной экстрактор; 2) подключают очередной головной экстрактор со свежезагру - женной щепой и начинают отбор из него мисцеллы; 3) отклю­чают очередной хвостовой экстрактор и спускают из него обрат­ный слив; 4) по окончании спуска обратного слива пускают острый пар для отгонки из щепы бензина; 5) начинают подачу растворителя в очередной хвостовой экстрактор.

Регулируя подачу бензина в батарею и отбор мисцеллы из нее, можно в довольно широких пределах изменять конечную концентрацию получаемого раствора смолистых веществ, а также создавать в батарее повышенные температуры и давле­ние, что увеличивает полезный выход продукции и уменьшает расход растворителя и пара. При заданной продолжительно­сти рабочего периода, равной 1,7 ч, оборот экстрактора в сред­нем продолжается около 10 ч, в том числе собственно экстрак­ция 8—8,5 ч.

При установившемся рабочем режиме батареи в конце каж­дого следующего рабочего периода из батареи на разгрузку выключается один экстрактор, а в качестве головного подклю­чается экстрактор, загруженный свежей щепой.

На линии обратного слива требуется установка фильтра, так как имеет место унос мелких фракций щепы. Кроме того, для обеспечения нормальной работы насоса приходится идти на снижение температуры растворителя в хвостовом экстрак­торе до 80—90 °С, хотя это ухудшает условия экстракции во всей батарее и условия последующей отдувки растворителя от проэкстрагированной щепы. Осмольная щепа с высокой влаж­ностью не успевает высохнуть в одном головном экстракторе. Процесс сушки вынужденно продолжается в других экстракто­рах. Это обусловливает получение на экстракционной батарее большого количества паров, что вызывает резкое возрастание гидравлического сопротивления, а наличие воды приводит к об­разованию азеотропных смесей с бензином, что снижает тем­пературу процесса во всей экстракционной батарее. Вследствие этого противоточная батарея по такой схеме не обеспечивает удовлетворительного извлечения смолистых веществ, особенно при работе на сыром осмоле.

Спуск горячего обратного слива из хвостового экстрактора также вызывает излишние потери растворителя за счет резкого увеличения давления паров бензина в воздушной системе сбор­ников, флорентин и других аппаратов.

Экстракционные батареи, работающие по противоточному методу, состоят из 5—6 экстракторов. При этом на противоточ - ной экстракции находится 3—4 экстрактора. Такая экстрак­ционная батарея обладает гидравлическим сопротивлением 350—400 кПа. Увеличение числа экстракторов в батарее при­водит к соответствующему увеличению давления в хвостовых экстракторах, но это практически не влияет на скорость извле­чения смолистых веществ.

В последнее время противоточный метод усовершенствова­ния и переключение экстракторов осуществляется в несколько иной последовательности. Температура в хвостовом экстракторе поддерживается на уровне 130—140 °С, что соответствует тем­пературе кипения бензина при давлении 350—400 кПа, которое имеется в этом экстракторе.

При освобождении перед отдувкой хвостового экстрактора раствор из него передавливают острым паром (подаваемым в верх экстрактора) в экстрактор со свежезагруженной щепой. У этого экстрактора открывают задвижку на линии паров сушки и пережатые растворы кипятят в течение рабочего пе­риода. Только после этого экстрактор подключают как голов­ной экстрактор батареи. Пережимаемые растворы, имеющие температуру 130—140 °С, несут с собой большое количество тепла, что способствует интенсификации процесса сушки щепы. Обратный слив при такой схеме отсутствует, и на экстракцию в хвостовой экстрактор всегда подается свежий растворитель. Кроме того, сушка щепы производится в двух экстракторах: в экстракторе со свежей щепой, куда пережаты растворы, и в головном, откуда ведется отбор мисцеллы и паров. Такая по­следовательность ведения процесса обеспечивает лучшую сушку щепы, и противоточной экстракции подвергается хорошо высу­шенная щепа, что позволяет достичь более высокой степени из­влечения канифоли.

Положительные стороны батарейно-противоточного метода: равномерное соприкосновение растворителя с щепой; высокая температура процесса, обусловленная наличием соответствую­Щего давления; высокая степень взаимосвязи экстракторов в батарее, что обеспечивает стабильные показатели процесса для соседних экстракторов и облегчает управление процессом экстракции.

Отрицательные стороны: повышенные требования к гермети­зации оборудования и запорной арматуре экстракционной ба­тареи; низкая концентрация мисцеллы (4—5%), что требует дополнительного ее упаривания, а следовательно, и дополни­тельного расхода тепла на эту операцию.

Батарейно-дефлегмационный метод экстракции с местным упариванием растворов. Технологическая схема процесса для экстракционной батареи, состоящей из восьми экстракторов, показана на рис. 10.5. Экстракцию смолистых веществ ведут путем постоянного орошения щепы в экстракторах —U све­жим растворителем, подаваемым через распределительные уст­ройства в верхней части экстракторов. Бензин стекает по щепе сверху вниз, извлекая из нее смолистые вещества; образую­щиеся растворы собираются в нижней части экстракторов и по­ступают в испарители J?2—где подвергаются частичному упа­риванию. При этом пары растворителя поднимаются наверх противотоком к стекающему бензину. Процессы экстракции и сушки щепы по дефлегмационному методу идут во всех экс­тракторах.

Нижние части экстракторов соединены трубопроводом, по которому растворы перетекают от хвостового экстрактора 1% к головному экстрактору По пути растворы упариваются, и из низа головного экстрактора отбирают мисцеллу с концент­рацией 150—200 кг/м3, которую направляют через фильтр на дальнейшую переработку.

В экстракторе 1 проводят отдувку растворителя от про - экстрагированной щепы водяным паром, подаваемым в ниж­нюю часть экстрактора. Перед отключением хвостовой экстрак­тор освобождают от растворов путем пережима их острым па­ром в соседний экстрактор.

Свежий бензин подают на орошение во все экстракторы, в которых идет экстракция. В головной экстрактор поступает бензина меньше, а кипячение растворов в нем производят более интенсивно, чем в хвостовом. В результате в хвостовом экс­тракторе образуется избыток растворов по сравнению с голов­ным и мисцелла перетекает по батарее в направлении голов­ного экстрактора.

Для снижения расхода тепла на разных стадиях процесса экстракции подают различные фракции бензина. В головные экстракторы, где идет сушка щепы, поступает высококипящий растворитель. При этом уменьшается количество бензина, от­гоняемого с водой. В хвостовые экстракторы подают низкоки - пящую фракцию растворителя. При этом от щепы растворитель ■отдувается быстрее и с меньшим расходом острого пара. Для получения двух фракций конденсацию проводят в двух после­довательно соединенных конденсаторах.

Преимущества этого метода заключаются в следующем:

1) в малой зависимости степени извлечения канифоли от влаж­ности перерабатываемого сырья, что достигается проведением сушки щепы во всей экстракционной батарее; 2) в отсутствии в батарее давления, что облегчает и упрощает герметизацию экстракторов и запорной арматуры; 3) в возможности получе­ния мисцеллы высокой концентрации.

Недостатки метода: 1) слабая связь экстракторов в батарее, что обусловливает практически самостоятельное проведение процесса в каждом экстракторе, в связи с чем извлечение кани­фоли даже при самом строгом соблюдении норм технологиче­ского режима может колебаться в значительных пределах;

2) трудность достижения равномерного орошения щепы в экс­тракторе; на практике наблюдаются случаи, когда загруженная щепа образует «шатер», при этом орошающий поток бензина отжимается к стенкам экстрактора и в щепе, находящейся в центре, остается много неизвлеченной канифоли; во избежа­ние этого необходима послойная загрузка щепы в экстрактор;

3) низкая температура в процессе экстракции, приводящая к необходимости применения в качестве добавок более актив­ных растворителей и в свою очередь к усложнению процесса;

4) необходимость иметь для каждого экстрактора большие по­верхности нагрева; 5) орошение щепы чистым бензином ухуд­шает извлечение смолистых веществ в конце процесса, когда в щепе остается повышенное количество окисленных веществ.

При дефлегмационном методе мисцелла в нижней части экс­трактора не соприкасается со щепой, что дает возможность получения растворов любой концентрации. Однако полностью реализовать это достоинство метода не удается, так как стрем­ление повысить концентрацию мисцеллы приводит к уменьше­нию количества бензина, испаряемого в головном экстракторе из-за повышения температуры кипения растворов. В реальных условиях удается получить мисцеллу концентрацией 100— 250 кг/м3.

С целью улучшения процесса сушки щепы и снижения рас­хода тепла в головной экстрактор можно подавать пары бен­зина, получаемые на выпарном аппарате на стадии упаривания растворов. Эти пары по специальному трубопроводу направ­ляются в нижнюю часть экстрактора, находящегося в головном положении. Пары растворителя при этом используются как дополнительный источник тепла для прогрева и сушки щепы. Эти пары содержат повышенное количество тяжелокипящих фракций бензина, что способствует повышению скорости сушки щепы, сокращая ее продолжительность примерно на 0,5 ч и соответственно увеличивая продолжительность процесса экс­тракции. При этом экономится около 0,1 т греющего пара в час и снижается содержание канифоли в отработанной щепе на 0,2 % к сухой древесине.

На выпарном аппарате имеется конденсатор-холодиль - ник, в который поступают пары растворителя в случае повышения давления и срабатывания предохранительного кла­пана.

Батарейно-дефлегмационный метод экстракции с централи­зованным упариванием растворов. В процессе экстракции ос­новные тепловые нагрузки приходятся на головной экстрактор, где при оптимальном технологическом режиме необходимо на­греть материал до температуры процесса и отогнать до 50 °/о влаги, содержащейся в щепе. При дефлегмационном методе все необходимое для этого тепло должно быть получено непо­средственно в головном экстракторе. По этой причине экстрак­торы должны быть оснащены крупногабаритными испарите­лями, загрузка которых по времени составляет 10—12%.

Для заводов производственной мощностью 300 тыс. скл. м3 осмола в год, оснащенных одной дефлегмационной батареей, применяется метод экстракции с централизованным упарива­нием раствора. Для этого бензин, поданный на экстракцию в верх экстрактора и прошедший через слой щепы, отбирают из всех экстракторов в виде слабой мисцеллы и по специальной линии через фильтр грубой очистки насосом подают для упа­ривания на общую выпарную установку.

Упаренная мисцелла идет на дальнейшую переработку, а пары бензина возвращаются на батарею и подаются в ниж­нюю часть тех экстракторов, которые находятся на экстрак­ции.

Расход паров бензина максимальный в головном экстрак­торе. В экстракторы, стоящие в хвосте батареи, поступает лишь такое количество паров, которое необходимо для нагрева бен­зина, подаваемого на экстракцию, и для компенсации тепло - потерь.

Расход бензина максимальный в хвостовом экстракторе и снижается в направлении к головному экстрактору. При любых вариантах осуществления дефлегмационного метода количество бензина, подаваемого на экстракцию в отдельный экстрактор, должно определяться из условия создания во всех экстракто­рах (с учетом образования флегмы) равной плотности ороше­ния щепы.

Рассматриваемый метод имеет те же преимущества и недо­статки, что и дефлегмационный метод с местным упариванием растворов, однако позволяет достичь более рационального ис­пользования испарителей. В отличие от батарей, работающих по противоточному методу, дефлегмационная батарея может иметь любое число экстракторов. Разновидностью метода явля­ется схема прямоточной сушки и схема многократного ороше­ния щепы в экстракторах.

Прямоточная сушка предусматривает подачу паров раство­рителя в верхнюю часть экстракторов и отвод паров сушки из нижней их части. Таким образом обеспечивается одинаковое направление движения жидкости и паров, исключается оттес­нение растворителя к стенкам экстрактора. Прямоточная сушка осмольной щепы позволяет снизить давление паров на выпар­ном аппарате, увеличить количество паров бензина, подавае­мых в головной экстрактор, что уменьшает время прогрева щепы и общую продолжительность процесса высушивания щепы. При этом способе сокращаются затраты на эксплуата­цию и чистку фильтрующих поверхностей в нижней и верхней частях экстракторов в результате чередования направленных в разные стороны потоков паров сушки и отдувки.

При многократном орошении экстракторы в батарее раз­делены на отдельные группы. В хвостовой экстрактор на оро­шение подается свежий бензин. Полученная слабая мисцелла собирается в сборнике и подается на орошение во все другие экстракторы, находящиеся в батарее на экстракции. При этом количество перекачиваемой мисцеллы должно быть таким, чтобы плотность орошения была одинаковой во всех экстрак­торах. Например, если в хвостовой экстрактор подается 30 м3/ч свежего бензина, то в остальные экстракторы по 30 м3/ч слабой мисцеллы, а отбор мисцеллы из головного экстрактора на выпарку должен быть 30 м3/ч, следовательно, циркуляцион­ный насос должен прокачивать 210 м3/ч слабой мисцеллы.

Принципиальная схема потоков бензина и мисцеллы по этому способу показана на рис. 10.6. Схема многократного оро­шения щепы растворителем более сложна и требует дополни­тельного оборудования. Она также более сложна в управлении

1 — сборник слабой мисцеллы; 2 — рециркуляционный насос; 3 — сборник мисцеллы; 4 — Насос для подачи мисцеллы иа выпарной аппарат; Q — количество бензииа, подаваемого^ на батарею, м3/ч; X — хвостовой экстрактор; С — средние экстракторы; Г — головной экстрактор; 3 — загрузка щепы; О — отдувка бензина

И требует автоматизации управления расходом растворителя и слабой мисцеллы, подаваемых на орошение.

Вместе с тем повышенная плотность орошения щепы обес­печивает ликвидацию застойных зон в экстракторе и позволяет тем самым добиться более полного извлечения канифоли из щепы, загруженной в экстрактор.

Батарейно-противоточный метод экстракции с предваритель­ной сушкой щепы парами бензина. Для батареи, состоящей из шести экстракторов (рис. 10.7), процесс протекает следующим образом. Свежий бензин поступает в подогреватель 22 и прокачивается снизу вверх через хвостовой экстрактор Да­лее раствор из хвостового экстрактора 12 через подогреватель 23 подается в экстрактор /3 и через подогреватель —в экс­трактор 1А-

Из верхней части головного экстрактора образовавшийся слабый раствор канифоли вместе с парами бензина поступает в линию мисцеллы и далее в сепаратор. После этого пары на­правляются в конденсационную систему, а мисцелла через от­стойник в испаритель, упаривается до заданной концентрации и идет на дальнейшую переработку. Полученные в испарителе пары бензина по общему трубопроводу поступают в нижнюю часть экстрактора /5, где находится свежая щепа. Из верхней части экстрактора h пары воды и часть паров бензина направ­ляются в линию паров сушки и далее в систему конденсации. Бензин, сконденсировавшийся на щепе и извлекший часть смо­листых веществ, собирается в нижней части экстрактора.

По истечении рабочего периода батарея переключается на один экстрактор вперед.

Сушка щепы ведется в экстракторе /6, экстрактор U от­ключают от батареи, а бензин подают в новый хвостовой

Экстрактор 1%. Из отключенного экстрактора /2 перегретые рас­творы передавливаются острым паром в экстрактор h, после чего этот экстрактор подключают как головной в противоточ - иой батарее.

Экстрактор 12, освобожденный от растворов, ставят на от­дув ку.

Этот метод экстракции обладает основными преимущест­вами противоточного и, кроме того, позволяет перерабатывать осмольную щепу любой влажности, обеспечивая высокую сте­пень извлечения смолистых веществ. Некоторое усложнение технологической схемы процесса и операций переключения экс­тракторов компенсируется возможностью создания простой и надежной системы автоматической стабилизации основных па­раметров процесса, обеспечивающей устойчивую, высокоэффек­тивную работу экстракционной батареи.

Сравнительные технические показатели, достигаемые при работе по различным методам экстракции с применением осмола с содержанием канифоли 15 % и бензина БР, приве­дены в табл. 10.1.

В качестве экстрагента в канифольно-экстракционном про­изводстве длительное время применялся бензин марки БР, имеющий температуру кипения 80—120 °С, плотность 730 кг/м3 и содержащий до 3 % ароматических углеводородов. Начиная с 1976 г. выпускается специальная марка бензина БЛХ,. выра­батываемая из отходов производства технического ксилола. Его начальная температура кипения 105 °С, что обеспечивает при его использовании повышение скорости сушки. Конечная

Температура кипения-—не выше 130 °С — позволяет на суще­ствующем ректификационном оборудовании достаточно полно отделять растворитель от скипидара.

По сравнению с бензином БР-2 тяжелокипящий бензин БЛХ позволяет повысить температуру экстракции на 10—15 °С. На стадии сушки щепы удаление воды идет в соотношении бен­зин : вода 7:1, вместо 15:1 при использовании бензина БР-2. За счет этого процесс сушки сокращается в 1,5 раза.

Сокращение продолжительности сушки и повышение темпе­ратуры процесса обеспечивают увеличение на 3—4 % коэффи­циента извлечения канифоли. Давление греющего пара при при­менении этого бензина должно быть не ниже 1 МПа.

Несколько повысить коэффициент извлечения канифоли можно также путем увеличения продолжительности экстракции,, однако выработка канифоли в единицу времени при этом сни­жается.

Отдувка растворителя от проэкстрагированной щепы. После окончания процесса извлечения смолистых веществ осмольная щепа практически не содержит воды, но полностью пропитана бензином. Процесс удаления бензина из проэкстрагированной щепы называется процессом отдувки растворителя. При бата­рейных методах экстракции отдувка осуществляется за счет тепла перегрева острого пара, подаваемого в экстрактор, и с этой точки зрения данный процесс во многом аналогичен про­цессу сушки щепы парами бензина.

Расход острого пара определяется из условий теплового и материального баланса. За счет тепла острого пара происходит

Нагрев щепы и испарение бензина. При отдувке часть водяного пара конденсируется и влажность щепы, выгружаемой из экс­трактора, колеблется от 6 до 15%; она зависит от полноты слива бензина из хвостового экстрактора и температуры в этом экстракторе. Основное количество острого пара идет на обра­зование азеотропа бензин — вода. Процесс отдувки острым па­ром требует, с одной стороны, большого расхода тепла, а с дру­гой— приводит к образованию большого количества сточных вод. Их количество от данной стадии составляет более 40 % всех сточных вод. Если вначале отгоняется смесь паров, содер­жащих в основном бензин, то к концу отдувки в парах нахо­дится вода со следами бензина. Это обусловлено тем, что к концу процесса отдувки в щепе остаются высококонцентри­рованные растворы канифоли, содержащие к тому же тяжело - кипящие фракции бензина и скипидара. Чем ниже содержание канифоли в отработанной щепе, тем более полно и легко до­стигается отдувка бензина.

Объем бензина, оставшегося после слива растворов, со­ставляет до 27 % от объема щепы, а общий расход острого пара на отдувку бензина примерно равен количеству отгоняемого бензина. Поэтому совершенствование процесса отдувки бензина имеет большое значение. Эффективным способом снижения рас­хода острого пара является прямоточная схема отдувки, когда острый пар подается в верх экстрактора. При движении пара сверху вниз происходит механический сдув того бензина, кото­рый заполняет поры между щепой. Интенсифицировать процесс отдувки можно было бы повышением температуры острого пара, но не выше 160—165 °С, так как при более высокой тем­пературе возможно самовозгорание щепы.

Перспективным для сокращения расхода острого пара и снижения количества загрязненных сточных вод является уда­ление растворителя из проэкстрагированной щепы под разре-

Жением. В экстракторах батареи, работающей по противоточ - иой схеме, температура в конце экстракции выше средней тем­пературы кипения растворителя. Поэтому при отключении экстрактора от батареи происходит частичное самоиспарение растворителя. Если после сброса давления в этом экстракторе до атмосферного (это длится около 10 мин) и подключения его к вакуум-системе снизить остаточное давление до 13 кПа и про­дуть в течение 5 мин острым паром, то расход его сокращается в 3—4 раза, а содержание летучих веществ в щепе не превы­шает 0,5 %.

При вакуумной отдувке растворителя требуется дополни­тельный вакуум-насос, поэтому одновременно необходимо ор­ганизовать оборотное снабжение водой вакуумных насосов. Это позволит ликвидировать образование сточных вод на этой ста­дии технологического процесса.

Переработка мисцеллы. Мисцелла, полученная в процессе экстракции, подвергается дальнейшей переработке, в ходе ко­торой из нее регенерируется бензин, получается неосветленная канифоль и скипидар-сырец. Неосветленная канифоль выпуска­ется как товарный продукт или, что целесообразнее, подверга­ется модификации или осветлению. Скипидар-сырец ректифи­цируют на двухколонном аппарате, отделяя бензин, товарный скипидар и флотомасло-сырец.

Переработка мисцеллы и ректификация скипидара-сырца осуществляются на установках непрерывного действия (рис. 10.8). Раствор смолистых веществ (мисцеллу) из сбор­ника 1 насосом 2 подают в трубчатый испаритель 3 (выпарной аппарат). В верхней, сепарационной, части испарителя, играю­щей роль небольшой исчерпывающей колонны, установлено пять тарелок колпачкового типа. Мисцелла поступает на верх­нюю тарелку, откуда перетекает вниз на последующие та­релки.

С последней тарелки раствор подается по циркуляционной трубе 4 в нижнюю часть аппарата. Нагреваясь в трубах, обо­греваемых глухим паром давлением 80—100 кПа, раствор на­чинает кипеть и в виде парожидкостной смеси подниматься вверх в сепарационную часть выпарного аппарата. Отделив­шаяся жидкая среда вновь поступает в циркуляционную трубу, а пары бензина и скипидара поднимаются вверх, барботируя через стекающий по тарелкам более холодный раствор смоли­стых веществ. При этом пары скипидара (как вышекипящей жидкости) конденсируются и увлекаются раствором обратно. Пары бензина попадают в холодильник 5, где конденсируются; бензин поступает в сборник рабочего растворителя. Упаренный раствор смолистых веществ концентрацией 300—400 кг/м3 по­ступает по трубе 6 в исчерпывающую колонну 7, снабженную тарелками колпачкового типа и выносным трубчатым испари­телем 8. В испарителе 8 происходит дополнительное упарива­ние растворов. Упаренный раствор канифоли в скипидаре - сырце с незначительной примесью тяжелокипящих хвостовых фракций бензина через бачок-регулятор 9 и регулирующий кла­пан 10 непрерывно отводится из нижней части исчерпывающей колонны 7 на дальнейшую переработку.

Примесь скипидара к бензину не улучшает экстрагирую­щую способность последнего, но увеличивает содержание лету­чих в отработанной щепе и ведет к излишним потерям скипи­дара. Указанная конструкция испарительного аппарата позво­ляет снизить содержание скипидара в отгоняющемся бензине (рабочем растворителе) до 4—6 % при конечной концентрации упаренной мисцеллы 650—700 кг/м3.

При работе по противоточному методу и дефлегмационному методу с централизованным упариванием растворов получае­мая мисцелла может содержать в небольших количествах воду. Поэтому в процессе переработки такой мисцеллы должен быть установлен строгий контроль за сливом воды из мисцеллоот- стойников. Попадание воды с мисцеллой, подаваемой на испа­рение, приводит к резкому вскипанию растворов и перебросу мисцеллы в конденсационную систему, откуда она затем посту­пает в сборники оборотного растворителя. Присутствие кани­фоли в рабочем растворителе недопустимо, так как при этом возрастают потери канифоли с проэкстрагированной щепой. Обычно допускается содержание канифоли в оборотном рас­творителе не более 2 кг/м3.

Растворы такой концентрации не оказывают существенного влияния на скорость извлечения канифоли. Однако практиче­ски необходимо стремиться к дальнейшему уменьшению содер­жания канифоли в рабочем растворителе, так как при после­дующей отдувке канифоль, содержащаяся в отдуваемом рас­творителе, остается на поверхности древесины и теряется с от­работанной щепой.

Снижение концентрации канифоли в оборотном раствори­теле на 1 кг/м3 позволяет получить из 1 т осмола дополни­тельно около 0,6 кг канифоли.

Отгонку скипидара-сырца и масел с получением неосветлен - ной экстракционной канифоли ведут в канифолеварочных ко­лоннах, работающих под разрежением. В настоящее время ши­рокое распространение получила спирально-щелевая канифоле - варочная колонна, в которой растворы движутся сверху вниз по змеевикам, расположенным в виде спирали. В верхней части колонна снабжена сепаратором, где осуществляется отделение капель и брызг мисцеллы от паров. При уваривании канифоли под разрежением объем паров, проходящих через сепаратор, намного больше, чем в канифолеварочных колоннах, работаю­щих при атмосферном давлении. Вследствие этого сепараторы вакуумных канифолеварочных колонн должны быть оборудо­ваны высокоэффективными каплеуловителями. Применение простейших типов каплеуловителей-каплеотбойников, тарелок, насадки из колец Рашига и других приводит к значительным потерям канифоли со скипидаром-сырцом, величина которых может достигать 8—10 %. При последующей переработке ски­пидара-сырца эта канифоль получается в смеси с высококипя - щими терпеновыми углеводородами. Эта смесь под названием полимеры находит применение для получения антивибрацион­ных смазок и эмульсола.

Подача упаренной мисцеллы из испарителя на канифолева- рочную колонну, как правило, производится через гидравличе­ский затвор. Однако величина гидрозатвора оказывается очень большой, если пары с испарителя используются для высушива­ния осмольной щепы. В этом случае между испарителем и ка­нифолеварочной колонной перепад давлений составляет около 200 кПа, что требует гидрозатвора высотой около 30 м.

Однако и это не исключает поступления из испарителя вме­сте с жидкостью также и паров бензина. Это обусловлено тем, что упаренная мисцелла по отношению к условиям канифоле­варочной колонны является перегретой жидкостью и начинает кипеть в трубопроводе. Поэтому рабочая часть гидравлического затвора оказывается заполненной не жидкостью, а парожидко- стной эмульсией с малой плотностью, что нарушает работу гид­розатвора.

Для исключения попадания паров на линии между испари­телем и канифолеварочной колонной устанавливают бачок и ре­гулирующий клапан. В бачке размещают уровнемер, который управляет работой клапана, увеличивая его открытие при по­вышении уровня мисцеллы в бачке, и наоборот.

Для уменьшения тепловой нагрузки на канифолеварочную колонну 12 (см. рис. 10.8) перед ней устанавливают трубчатый подогреватель 11. С целью улучшения условий отгонки лету­чих компонентов в канифолеварочную колонну дают острый пар.

Отгоняемые с присадкой острого пара скипидар-сырец и масла направляются из сепаратора колонны в холодильник 13, А после конденсации и охлаждения — в двойной вакуум-прием­ник 14. Готовая канифоль непрерывно сливается снизу ко­лонны через контрольный фонарь 15 в поочередно включаемые вакуум-приемники 16, обогреваемые глухим паром.

Канифоль из вакуум-приемников сливается в промежуточ­ный бак 17, а отсюда в охладительные барабаны или непо­средственно в тару. Получаемая при вакуумном уваривании ка­нифоль отличается более светлой окраской и повышенной тем­пературой размягчения.

Так как в перерабатываемой мисцелле содержатся терпено­вые спирты и масла с высокой температурой кипения, то для уменьшения расхода острого пара применяют перегретый пар с температурой 200—220 °С. Повышение температуры пара до 230—240 °С вызывает частичное разложение канифоли в ко­лонне, что снижает температуру ее размягчения. При снижении температуры острого пара до 160—170 °С даже при значи­тельном увеличении его количества температура размягчения канифоли уменьшается вследствие неполной отгонки тяжелых канифольных масел.

Выходящая из колонны при 160—175 °С готовая канифоль имеет температуру размягчения обычно в пределах 54—55 °С и содержит лишь следы веществ, летучих с паром.

Важным условием нормального ведения процесса является поддержание заданной глубины разрежения. Остаточное давле­ние в аппарате должно быть в пределах 10—20 кПа. Несоблю­дение этого требования вызывает необходимость увеличения подачи острого пара, однако это приводит к вредному форси­рованию работы колонны (увеличению скорости паров) и к из­лишним потерям канифоли за счет уноса ее в виде капель.

При переработке по описанной схеме осмола, имеющего не­большой возраст, а также добытого в северных районах страны, в котором содержится больше жирных кислот и ней­тральных веществ, не удается получить канифоль требуемого качества даже при увеличении расхода острого пара. В этом случае готовую канифоль приходится дополнительно уваривать. Схема двухступенчатого уваривания канифоли, внедренная на Зиминском заводе, показана на рис. 10.9.

Упаренная мисцелла при 160—170 °С за счет разрежения подается в змеевиковую канифолеварочную колонну, в нижней части которой поддерживается температура 175±5 °С. Кани­фоль из колонны поступает через гидрозатвор в паровой эжек­тор, в который вводится острый водяной пар давлением 1 МПа

Рис. 10.9. Схема двухступенча­Того уваривания канифоли:

1 — змеевиковая канифолеварочная ко­лонна; 2 — смотровой фонарь; 3 — гидрозатвор; 4— эжектор; 5 — сепара­тор; 6 — конденсатор

И температурой 210—220 °С. Поскольку пар в сопле эжектора приобретает

Сверхзвуковую скорость, возникает высокая турбу­лентность потока, обеспе­чивающая высокоинтенсив­ный контакт двух фаз. В зоне глубокого разреже­ния, создающейся в эжек­торе, происходит испарение жирных кислот и нейтраль­ных веществ. Содержание жирных кислот в канифоли снижается с 6—7 до 4— 5%, а нейтральных ве­ществ с 17—19 до 13— 14%; состав отгоняемых в эжекторе веществ мало отличается от состава канифольно-экстракционных полимеров. Одновре­менно на 2 °С повышается температура размягчения кани­фоли. Однако выход канифоли уменьшается примерно на 4 % и такой процесс целесообразно использовать только при по­ставке канифоли потребителям, предъявляющим повышенные требования к температуре ее размягчения.

Ректификация скипидара-сырца. Получение товарного ски­пидара из скипидара-сырца осуществляется на непрерывнодей - ствующей двухколонной ректификационной установке, показан­ной на рис. 10.10.

На первую ректификационную колонну, имеющую 24 та­релки, подается скипидар-сырец, содержащий 30—40 % бензина плотностью 790—810 кг/м3. Колонна работает при атмосферном давлении и флегмовом числе 1—2. Температура в нижней ча­сти колонны поддерживается в пределах 168—172 °С. В про­цессе работы необходимо стремиться к тому, чтобы содержа­ние бензина в продукте, отбираемом снизу колонны, было ми­нимальным и во всех случаях не превышало 0,5—0,7%.

С этой целью часто приходится идти на снижение чистоты отбираемой бензиновой фракции, сопровождающееся увеличе­нием ее плотности. При этом содержание терпеновых углеводо­родов может достигать 10 %, что допускается по условиям тех­нологии, так как количество бензина, отгоняемого при ректи­фикации скипидара-сырца, невелико в сравнении с общим количеством оборотного растворителя.

9 Заказ № 2531

Скипидар-сырец содержит терпингидрат, растворимость ко­торого в терпеновых и алифатических углеводородах невелика. Чтобы избежать зарастания ротаметров кристаллами терпин - гидрата, необходимо подогревать скипидар-сырец, а ротаметры располагать между подогревателем и колонной.

На второй ректификационной колонне, работающей при остаточном давлении 13 кПа, выделяется товарный скипидар. Из нижней части колонны отбирается флотомасло-сырец. Рек­тификационная колонна имеет 28 тарелок и работает с флегмо - вым числом 2—4. Товарный скипидар высшего сорта имеет плотность 855—864 кг/м3, коэффициент рефракции 1,465—1,472. Если флотомасло-сырец в дальнейшем перерабатывается путем его простой перегонки, то необходимо стремиться к возможно более полному исчерпанию терпеновых углеводородов, так как иначе они перейдут в товарное флотомасло и ухудшат его ка­чество.

При переработке флотомасла на ректификационных уста­новках можно улучшить качество товарного скипидара, остав­ляя часть терпеновых углеводородов в кубовом продукте. В этом случае флотомасло-сырец может содержать до 15 % высококипящих терпеновых углеводородов, кроме того, оно со­держит сесквитерпены, терпеновые спирты, терпингидрат и по­лимеры.

Разделение скипидара на индивидуальные терпены из-за многокомпонентного состава продукта осуществляют методом периодической ректификации на колоннах, имеющих около 60 тарелок. Выделение а-пинена с чистотой 90—95 % достига­ется при однократной ректификации. Для получения Д3-карена с аналогичной чистотой необходима двукратная ректификация. Это связано как с малым содержанием Д3-карена в экстрак­ционном скипидаре (около 30%), так и близкими температу­рами кипения соседних углеводородов (р-пинен 167 °С, Д3-ка- рен 170 °С, а-терпинен 174 °С).

При переработке флотомасла-сырца не требуется такая вы­сокая чистота продуктов, как при прлучении индивидуальных терпеновых углеводородов. Поэтому при ректификации флото­масла-сырца используют периодически действующие ректифи­кационные колонны, имеющие около 15 тарелок колпачкового типа.

В процессе вакуумной ректификации отбирают следующие фракции: скипидар обеспиненный, промежуточную фракцию, спирты терпеновые, терпингидратную фракцию и сесквитерпе - новые углеводороды. Первые две фракции отбирают при оста­точном давлении 13 кПа, остальные при 1,3 кПа. В виде кубо­вого остатка получаются полимеры.

Фракция обеспиненного скипидара направляется в товар­ный скипидар, а промежуточную фракцию направляют во фло - томасло-сырец на повторную переработку.

Терпингидратную фракцию по мере накопления загружают в куб, добавляют 2—3 % фосфорной кислоты и проводят пере­гонку под разрежением. При этом терпингидрат дегидратиру­ется частично до спиртов, частично до моноциклических терпе­новых углеводородов. Дистиллят, содержащий до 50 % терпе­новых спиртов, направляют во флотомасло-сырец. .

Компоненты, входящие в скипидар-сырец, имеют большое различие как по плотности, так и по температуре кипения и по коэффициенту рефракции. Это позволяет оценивать их чи­стоту в процессе ректификации с достаточной точностью при помощи данных физических показателей.

Полимеры канифольно-экстракционного производства ис­пользуются для производства эмульгатора при бурении сква­жин. Они также могут быть разделены под глубоким разреже­нием на фракцию сесквидитерпенов и фракцию сесквитерпено - вых спиртов, используемых в животноводстве как средство, подавляющее развитие болезнетворных микроорганизмов и об­ладающее одновременно свойством дезодоранта.

Терпингидрат содержится также в сточных водах, получае­мых при уваривании канифоли и перегонке флотомасла. При кипячении с минеральными кислотами терпингидрат превраща­ется в терпинеол, который имеет низкую растворимость в воде и является основным компонентом флотомасла. Поэтому кис­лотная обработка этих сточных вод дает возможность получить дополнительное количество флотомасла и попутно снизить на 70—80 % их загрязненность. Обработку сточных вод ведут 1 — 1,5 ч в присутствии 0,1 % серной кислоты или же б ч в присут­ствии 0,2—0,3 % фосфорной кислоты. Целесообразнее исполь­зовать фосфорную кислоту, оказывающую меньшее коррозион­ное воздействие на материал аппаратуры; кроме того, фос­форная кислота после ее нейтрализации является биогенным элементом при последующей биохимической очистке воды. Применяют как периодический, так и непрерывный методы по­лучения терпинеола; непрерывный метод сложнее, но обеспечи­вает снижение расхода тепла.

В канифольно-экстракционном производстве при современ­ных методах переработки сырья из 1 т соснового осмола, содер­жащего 14% канифоли (при 20 %-ной влажности), можно по­лучить 90—95 кг неосветленной канифоли, 25—30 кг скипидара, 5—б кг флотомасла. Расход сырья и энергоресурсов в расчете на 1 канифольную единицу составляет: осмола (20 %-ной влаж­ности) 7,5—8 т, бензина 160—180 кг, пара 70—75 ГДж, элек­троэнергии 400—420 кВт-ч.

За канифольную единицу принимается 1 т живичной кани­фоли I сорта. Количество всех других видов и сортов кани - фольно-скипидарной продукции приводится к этой единице умножением на соответствующие коэффициенты, установлен­ные с учетом их стоимости.

В расчете на 1 т канифоли затраты на переработку осмола в 2,5 раза выше, чем на переработку живицы. Однако стои­мость смолистых веществ, поступающих на заводы в осмоле, в 2—2,5 раза ниже, чем в живице, трудоемкость добычи кото­рой очень высока. Поэтому общие затраты на производство 1 т экстракционной канифоли в 1,2—1,5 раза ниже, чем живичной.

Для повышения экономической эффективности производства целесообразно перерабатывать проэкстрагированную щепу на активные угли, древесные плиты, использовать как добавку к основному сырью в гидролизном производстве и др.

Качество продукции. Экстракционная канифоль по цвету со­ответствует маркам F, Е и D. Она имеет по сравнению с жи­вичной канифолью пониженную температуру размягчения (не ниже 48—54 °С). Экстракционный спипидар высшего сорта имеет плотность 0,855—0,864 г/см2, коэффициент рефракции 1,465—1,472, начальную температуру кипения не ниже 155 °С. Объем отгона до 170 °С должен быть не менее 90 % (для ски­пидара I и II сорта 80 и 75 % соответственно). Сосновое флото - масло может выпускаться трех сортов с содержанием спиртов не менее 75, 65 и 50%, температура начала кипения для всех сортов не ниже 170 °С. Полимеры имеют плотность 0,940— 1,020 г/см3, кислотное число не менее 60 и вязкость при 50 °С не более 50 °Е (0,36 Па/с).

Осветление экстракционной канифоли. На современных ле­сохимических предприятиях применяется химический метод осветления экстракционной канифоли (при необходимости он может быть использован также и для живичной и талловой ка­нифоли).

Метод заключается в обработке канифоли серосодержа­щими соединениями, относящимися к производным полисуль­фидов / и тиофенолов II и имеющими химическое строение:

В настоящее время для осветления применяется октофор S, имеющий строение, близкое к структурной формуле I.

При взаимодействии канифоли с ароматическими тиофено- лами и полисульфидами химическому превращению подверга­ются только абиетиновые кислоты. Реакции протекают в трех направлениях: дегидрирования, изомеризации и частичного гид­рирования абиетиновых кислот. Поскольку эти реакции прохо­дят только при повышенных (более 200 °С) температурах, на­блюдаются частичное декарбоксилирование и деструкция смо­ляных кислот, что сопровождается снижением кислотного числа канифоли, увеличением содержания неомыляемых ве­ществ и выделением газов, состоящих из водорода, метана и окиси углерода.

Основным химическим процессом является дегидрирование. Выделяющийся при этом атомарный водород восстанавливает темнящие компоненты канифоли.

Осветлению подвергаются окисленные смолы, тогда как ре­зинаты железа не осветляются. По этой причине улучшение цветности канифоли может быть достигнуто также путем обра­ботки упаренной мисцеллы раствором фосфорной или щавеле­вой кислоты с целью удаления солей железа.

Осветление канифоли при помощи октофора S может быть осуществлено как непрерывным, так и периодическим процес­сом. Сущность процесса заключается в совместном нагревании канифоли и октофора при 260±5 °С в течение 1 ч с последую­щей отгонкой острым паром легкокипящих компонентов, охлаж­дением и розливом канифоли. Количество октофора состав­ляет 0,15—0,2%, а отгоняемых масел 1—2% от массы кани­фоли, расход острого пара 5%. Выход осветленной канифоли равен 97—98 % от темной канифоли. Марки канифоли М, К, I, температура размягчения не ниже 50°, кислотное число не ме­нее 135.

Периодический процесс осуществляется в реакторах объ­емом 3—5 м3, снабженных рамной или пропеллерной мешал­кой. Обогревают реакторы при помощи высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ), подаваемого в рубашку реактора в виде паров или в виде жидкости, находящейся под, давлением и имеющей температуру на 10—15 °С ниже темпе­ратуры ее кипения при этом давлении. Обогрев реактора па­рами ВОТ не позволяет охлаждать канифоль после осветления непосредственно в реакторе. По этой причине в технологиче­ской схеме процесса предусматривается установка специаль­ных охладителей, аналогичных по конструкции реакторам. Для охлаждения канифоли в рубашку охладителя подается или вода, или конденсат.

В случае применения жидкого ВОТ охлаждение канифоли осуществляется непосредственно в реакторах за счет подачи в реактор более холодного теплоносителя с температурой 100— 120 °С. Такая схема проще как в монтаже, так и эксплуатации по сравнению со схемой, предусматривающей обогрев реакто­ров парами ВОТ.

В качестве ВОТ обычно используют эвтектическую смесь дифенилового эфира (73,5%) и дифенила (26,5%), называе­мую дифенильной смесью (динил). Температура кипения смеси при атмосферном давлении 258 °С, застывания 12,3 °С. В ка­честве жидкого теплоносителя могут также применяться него­рючие кремнийорганические жидкости и специальные нефтя­ные масла.

Продолжительность реакции осветления канифоли зависит от температуры процесса и резко сокращается при ее повыше­нии. Так, если при 260 °С необходима выдержка канифоли в течение 1 ч, то при 280 °С осветление канифоли заканчива­ется за 15 мин, а при 290—300 °С за 1—2 мин. Необходимость, нагрева больших количеств канифоли до высоких температур и охлаждения приводит к тому, что общая продолжительность, периодического процесса в 3—4 раза превышает продолжи­тельность стадии осветления. Вследствие такого длительного термического воздействия наблюдается декарбоксилирование смоляных кислот и ухудшение цветности готового продукта.

Непрерывный метод химического осветления позволяет уменьшить термическое воздействие на канифоль, вследствие чего удается повысить цветность канифоли на одну марку„ а кислотное число на 2—3 единицы по сравнению с периодиче­ским методом. Однако применение реакторов периодического действия позволяет при необходимости выпускать не только, осветленную канифоль ЭО, но и канифоль различных модифи­каций— осветленную модифицированную ЭМО, малеинизиро- ванную неосветленную ЭМ, малеинизированную в присутствии формальдегида ЭМ-3, а также вести диспропорцианирование в присутствии повышенных количеств серосодержащих катали­заторов и др. (см. главу 12).

При проведении непрерывного процесса с помощью дозиро­вочных насосов осуществляют подачу и смешение, расплавлен­ной темной канифоли и бензинового раствора октофора S, имею­щего концентрацию 35—50 %. Смесь нагревается в подогрева­теле до температуры 260—280 °С и поступает в нижнюю часть реактора. В качестве реактора используется обогреваемый вер­тикальный сосуд диаметром 400—600 мм. Объем реактора дол­жен обеспечить достаточную для завершения реакции про­должительность пребывания канифоли. Линейная скорость движения канифоли должна быть порядка нескольких санти­метров в секунду. Выделяющиеся газы в виде мелких пузырь­ков движутся прямотоком с канифолью и отделяются в верх­ней, сепарационной, части реактора.

Ламинарный режим движения жидкости исключает неже­лательное поперечное перемешивание в реакторе даже при от­сутствии внутри реактора каких-либо специальных устройств.

Осветленная канифоль поступает в десорбционный аппарат, аналогичный по конструкции канифолеварочной колонне. Здесь при помощи острого пара производится отгонка масел, обра­зовавшихся в процессе термической деструкции канифоли, а также одновременное охлаждение продукта. Выход масел и их состав аналогичны тому, что получается при периодическом процессе.

Вещества, входящие в состав экстракционной канифоли, сильно различаются по температуре кипения. Это позволяет провести достаточно четкое их разделение путем простой фрак­ционированной перегонки при остаточном давлении 0,13— 0,7 кПа. Наиболее высокой летучестью обладают жирные кис­лоты и неомыляемые вещества. Поэтому кислотное число и тем­пература размягчения товарной фракции канифоли растут с увеличением количества отбираемой головной фракции. Окис­ленные смолы практически нелетучи и остаются при перегонке как кубовый продукт. Поэтому для полной отгонки смоляных кислот следует повысить температуру и снизить давление в конце перегонки. Вместе с тем, чтобы избежать значительных термических воздействий, время пребывания канифоли в зоне высоких температур должно быть сведено к минимуму.

Эти требования обеспечиваются при применении для дистил­ляции роторных пленочных испарителей, работающих устой­чиво при достаточно высокой плотности орошения. Поэтому для хорошего исчерпания смоляных кислот из кубового продукта отбор целевой фракции ведут из двух или трех последовательно соединенных аппаратов, последний из которых обычно имеет меньший диаметр.

Для улучшения качества товарной канифоли из первого ис­парителя отбирают головную фракцию, регулируя ее количе­ство путем изменения подачи ВОТ. Неиспарившийся продукт

Перетекает во второй испаритель, а затем в третий, где проис­ходит полное исчерпание смоляных кислот от кубового остатка.

Товарная дистиллированная канифоль отбирается одновре­менно со второго и третьего испарителя. Эта канифоль обла­дает высокой способностью к кристаллизации, что ограничивает область применения ее в натуральном виде. Однако при после­дующем облагораживании (модификации и др.) получаются продукты, не уступающие по свойствам и цвету продуктам на основе живичной канифоли.

При непрерывной дистилляции под давлением 0,4 кПа можно достигнуть 94—95 %-ного выхода дистиллированной ка­нифоли, имеющей цвет WW. Кислотное число и температура размягчения такой канифоли близки к показателям исходной канифоли. Если вести достаточный отбор головной фракции, то эти показатели приближаются к показателям живичной кани­фоли. Так, при отборе 20—25 %-ной головной фракции с кис­лотным числом 100—140 получается около 70% канифоли с цветностью X, кислотным числом 170—175 и температурой размягчения 66—67 °С. Температура жидкой фазы в конце j перегонки при указанном выше давлении составляет 290— 295 °С, температура паров 250—255 °С.

По групповому составу головная фракция канифоли пред - > ставляет собой смесь смоляных (30—50 %) и жирных кислот (10—20%), а также нейтральных дитерпенов (30—40 %).

В зарубежной практике в настоящее время применяются два метода осветления экстракционной канифоли.

По одному методу горячая канифоль растворяется в бен­зине до концентрации 10—20 %, раствор охлаждают до комнат­ной температуры, обрабатывают фурфуролом и отстаивают. При этом окисленные смолы переходят в фурфурольный слой. Из него под разрежением отгоняют фурфурол и уваривают окисленные смолы. Бензиновый раствор осветленной канифоли промывают водой для удаления растворенного фурфурола, от­гоняют бензин и уваривают канифоль.

Взамен фурфурола могут применяться и другие высокопо­лярные растворители — формамид, диоксан, обладающие вы­сокой растворяющей способностью в отношении окисленных смол и имеющие низкую растворимость в бензине. Выход освет­ленной канифоли составляет 80—85 %.

По другому методу получают 50%-ный раствор канифоли в бензине, который затем разбавляют до 10—15 % и интенсивно промывают холодной водой. При этом в осадок выпадает тем­ная смола в количестве 3—4 % от канифоли. Освобожденный от осадка раствор подают в сорбционную батарею. Сорбентом служит природная активная глина или искусственный тримаг - нийсиликат в виде гранул размером 1—2 мм. Осветленную ка­нифоль уваривают, а сорбент промывают спиртом, в который переходят сорбированные окисленные смолы. Выход осветлен­ной канифоли около 70%.

Управление технологическим процессом. Батарейные методы экстракции являются полунепрерывными, что накладывает оп­ределенные ограничения на степень автоматизации управления процессом. Необходимость разлюковки и залюковки экстракто­ров после окончания процесса экстракции, переключения запор­ной арматуры через рабочий период требует расположения щитов управления непосредственно вблизи рабочего места стар­шего аппаратчика батареи. Регулирование параметров процесса и контроль за процессом осуществляются, как правило, при по­мощи общепромышленных приборов КИП, дифманометров, ро­таметров, манометров и др.

Запорная арматура большого диаметра ф=100 мм), как правило, снабжается электроприводами, управление которыми осуществляется с местных щитов. На общий щит выносятся по­казания приборов, контролирующих параметры, общие для всей экстракционной батареи: уровни жидкостей в емкостях, темпе­ратуру конденсации паров, общий расход бензина, мисцеллы, пара и т. д.

При противоточном методе экстракции имеется жесткая связь всех экстракторов, что позволяет относительно легко ре­гулировать и контролировать процесс. Как правило, достаточна стабилизация основных технологических параметров, общих для всей батареи — подачи бензина, расхода пара, температуры нагрева бензина.

При батарейно-дефлегмационном методе одних только ста­билизирующих контуров недостаточно: если подача раствори­теля и тепла будет производиться без учета изменения влаж­ности щепы в процессе ее сушки, то степень извлечения кани­фоли снизится. Поэтому приходится регулировать параметры процесса в каждом экстракторе отдельно. С этой целью разра­ботана автоматизированная система управления процессом ба - тарейно-дефлегмационной экстракции, предусматривающая ре­гулирование расхода паров растворителя в каждый экстрактор в зависимости от хода процесса сушки щепы в нем, характе­ризуемого температурой паровой смеси в верхней части ап­парата.

Расход растворителя автоматически поддерживается на за­данном уровне с момента достижения определенной темпера­туры в верхней части экстрактора и до конца процесса экстрак­ции. Схема предусматривает изменение расхода паров раство­рителя за счет регулирования расхода паровой смеси из экстрактора в конденсационную систему. Подвод паров раство­рителя в экстрактор не регулируется, и задвижка на линии по­дачи паров открыта полностью. Система автоматического регу­лирования (САУ) батареи, работающей по схеме батарейно- дефлегмационного метода с местным упариванием растворов, показана на рис. 10.11.

Эта система содержит контуры автоматического регулиро­вания температуры паровой смеси в верхних частях экстрак-

265

Торов с регулирующим воздействием на отвод паров сушки из каждого экстрактора. Автоматическое регулирование подачи тепла в каждый экстрактор обеспечивает полноту сушки щепы и оптимальную температуру процесса экстракции. Контуры автоматического регулирования температуры в верхней части экстракторов сблокированы с контурами автоматического ре­гулирования расхода растворителя на орошение щепы, предна­значенными для поддержания заданной плотности орошения в каждом экстракторе при достижении заданной температуры в верхних зонах экстракторов. Кроме того, в САУ входят кон­туры автоматического регулирования температуры раствори­теля, подаваемого на орошение щепы и расхода охлаждающей воды в конденсаторы паров сушки и отдувки. Регулирование температуры в конденсаторах паров первой ступени осущест­вляется в зависимости от температуры воды на выходе из них, а в конденсаторах второй ступени — в зависимости от темпера­туры дистиллята.

В качестве исполнительного механизма при регулировании температуры в верхних частях экстракторов использованы по­воротные регулирующие заслонки.

Температура растворителя, подаваемого на орошение щепы, поддерживается близкой к температуре его кипения. Темпера­тура в верхней части экстрактора задается в зависимости от запаса тепла. При работе на бензине БЛХ эта температура принимается 95±2,5 °С. При избытке тепла температура мо­жет быть повышена, при недостатке — снижена.

Схема автоматизации процесса ректификации скипидара- сырца (см. рис. 10.10) включает ряд контуров стабилизации и измерения параметров процессов: регулятора давления грею­щего пара 3, подаваемого в испарители ректификационных ко­лонн; регулятора расхода продукта 4, подаваемого в колонны; измерение уровня жидкости 8 в расходных емкостях; измере­ние температуры 5 вверху и внизу колонн; измерение количе­ства флегмы и отбираемых продуктов.

Для обеспечения высокой разделяющей эффективности ко­лонны должны быть оснащены высокочувствительными прибо­рами, включенными в контур, регулирующий количество отби­раемого продукта. Применяемые на практике термометры не обеспечивают необходимой точности регулирования. Исполь­зование для этих целей плотномера позволило повысить разде­ляющую способность установки, что привело к снижению со­держания бензина в товарном скипидаре с 5—б до 0,5—0,7%.

Важным элементом в данной автоматизированной системе является промежуточный сборник 11 (см. рис.10.10), наличие которого позволяет исключить передачу возможных возмуще­ний из одной колонны в другую.

В ректификационных установках возможны две схемы ре­гулирования работы верхней части колонны: первая схема пре­дусматривает регулирование количества флегмы, подаваемой в колонну, и отбор верхнего продукта как избыточного; вторая схема регулирует количество отбираемого продукта и подачу на флегму избыточного верхнего продукта.

При флегмовых числах более 1 вторая схема является пред­почтительней, так как позволяет уменьшить возмущения в ра­боте колонны, обусловленные нарушением материального ба­ланса по верхнему продукту из-за возможных колебаний в ра­боте других регулирующих и стабилизирующих контуров.

Управление непрерывными технологическими процессами в канифольно-экстракционном производстве осуществляется ди­станционно с центрального щита.