ТЕХНОЛОГИЯ ПИРОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИЖКИ ПО СПИРТОПОРОШКОВОМУ СПОСОБУ

Первая схема. Жижка, получаемая при пирогенетическом раз­ложении древесины, содержит кислоты, спирты, эфиры, кетоны, альдегиды, смолы и другие органические вещества. Выделение и Разделение этих веществ основаны главным образом на физиче­ских и лишь отчасти на химических процессах.

Прежде всего, при отстаивании жижки образуются два слоя: внизу — нерастворимая в воде отстойная смола, вверху — водный раствор легких масел, состоящий из разных органических веществ.

Однако, как бы тщательно ни велось отстаивание и сколько времени оно не продолжалось бы, отстойная смола всегда полу­чается с значительным содержанием воды, кислот и других ве­ществ. Содержание в смоле воды, кислот, спиртов и других органических веществ зависит от содержания этих веществ в отстоявшейся жижке, причем, чем больше этих веществ содер­жится в жижке, тем больше их переходит в смолу и тем больше смолы растворяется в жижке.

В отстоявшейся жижке содержатся вещества нейтрального и кислотного характера. При обработке щелочью кислоты переходят в соли, фенолы — в феноляты, избыток щелочи при нагревании вызывает омыление сложных эфиров, фенолы с альдегидами дают смолы и т. д.

Кислоты — уксусная кислота и ее гомологи — оказывают кор­родирующее действие на аппаратуру, изготовленную из стали и чугуна. Поэтому приходится ставить перегонные кубы медные или железные, но с футеровкой кислотоупорными плитками. Если жижка нейтрализована, можно ограничиться железными кубами без внутренней футеровки. Все эти соображения привели к тому, что на заводах промкооперации отстоявшуюся жижку обыкновен­но нейтрализуют известью, как самой доступной и дешевой ще­лочью. Нейтрализованную жижку подвергают перегонке, причем отгоняют все легколетучие вещества и часть воды, которые со­ставляют древесный спирт-сырец; остается водный раствор каль­циевых солей, уксусной кислоты и ее гомологов с примесью рас­творимой смолы и тех минеральных веществ, которые поступают вместе с известью.

Так как растворимость в воде кальциевых солей уксусной кислоты и ее гомологов почти одинакова, как в горячем, так и в холодном растворе, то выделить их путем кристаллизации при охлаждении насыщенного горячего раствора невозможно. Приходится сначала выпаривать раствор древесноуксусного по­рошка, затем полученный сырой древесноуксусный порошок подвергать сушке. В черном древесноуксусном порошке первого сорта требуется содержание кальциевых солей уксусной кислоты и ее гомологов, в пересчете на абсолютно сухой уксусно­кислый кальций (Са (СНзСОО)2), не менее 67% и влаги — не бо­лее 10%,

Отогнанный спирт-сырец подвергается ректификации и укреп­лению с отбором товарных фракций метилового спирта, древесно - спиртовых растворителей и древесноспиртовых масел.

Вторая схема. Сначала дают жижке отстояться и получают от­стойную смолу и отстоявшуюся жижку. Отстойную смолу подвер­гают перегонке и отгоняют кислую воду с примесью смоляных масел; остается товарная смола.

Отстоявшуюся жижку подвергают разгонке с пропусканием паров ее через известковое молоко. В результате взаимодействия между гидратом окиси кальция и уксусной, муравьиной, пропио - новой, масляной и другими кислотами образуются соли соответ­ствующих кислот. Сложные эфиры частично омыляются, образуя кальциевые соли кислот и свободные спирты. Таким образом раст­воримая смола и часть воды остается в перегонном кубе, а извест­ковое молоко превращается в водный раствор кальциевых солей уксусной кислоты и ее гомологов с примесью небольшого количе­ства смолистых веществ. Этот раствор выпаривают до сухого ос­татка, который высушивают; получается серый древесноуксусный порошок с содержанием кальциевых солей уксусной кислоты и ее гомологов, в пересчете на Са(СНзСОО)2 от 80 до 82% и влаги —■ от 6 до 8%.

Пары разных веществ, прошедших через известковое молоко, конденсируются и образуют древесный спирт-сырец; его подвер­гают укреплению и ректификации с отбором товарных фракций метилового спирта, древесноспиртовых растворителей и древесно­спиртовых масел.

Для обеспечения максимально возможных выходов древесно­спиртовых растворителей сначала от жижки через колонну, прямо в конденсатор, минуя известковое молоко, отгоняют сложные эфиры, а затем, после отгонки их, пары пропускают через извест­ковое молоко. Таким образом, сложные эфиры не подвергаются омылению и получается более высокий выход растворителей.

Другие схемы. В спиртопорошковом производстве в СССР применяются почти исключительно только что описанные схемы переработки жижки, однако в отдельных случаях применяются и другие схемы.

По одной из них жижку после отстаивания и отделения от от­стойной смолы подвергают перегонке; в перегонном кубе остается часть воды и растворимая смола, а все остальные вещества отго­няются и конденсируются вместе. Эту перегнанную жижку нейтрализуют известью и дальше ведут обработку так же, как по первой схеме с получением товарного серого древесноуксусного порошка.

Иногда конденсацию жижки ведут с предварительным выде­лением смолы из парогазов в специальных смолоотделителях.

Ниже подробно описана лишь переработка жижки по первой и второй схемам спиртопорошкового производства.

Переработка жижки по первой схеме на заводах, не имеющих паросиловой станции и вырабатывающих уголь, смолу, черный древесноуксусный порошок И метиловый спирт-сырец

Завод перерабатывает в год (300 рабочих суток) 5 тыс. скл. м3 березовых дров. На нем восемь реторт загрузочной емкостью по 2,1 скл. м3 дров и с оборотом в 22—24 часа. Завод дает в год 125 т черного древесноуксусного порошка (с содержанием 64— 66% Са(СН3СОО)г, 40 т древесного спирта крепостью 50°, 60 т смолы и 450 т древесного угля (с выходом 100 кг из 1 скл. м3 дров). Здание завода деревянное, рубленое. Аппараты размещены по ходу технологического процесса в четырех отделениях — реторт­ном, отстойном, спиртопорошковом и упарочном (рис. 62).

Ретортное отделение. В ретортном отделении стоят в один ряд и в общей обмуровке восемь реторт 1 с нижним отводом дымовых газов. На каждые две соседние реторты одна дымовая труба. Та­кие реторты описаны в гл. IX в разделе «Реторты».

Перед обмуровкой — рельсовый путь из деревянных брусков, окованных угловым железом, для подвозки на вагонетке дров к топкам реторт. Уголь выгружают в железную вагонетку-тушильник и отвозят по этому же пути. Над местом выгрузки угля из ретор­ты находится железный зонт с отводной трубой, выведенной выше крыши здания.

Верхняя поверхность обмуровки реторт служит для сушки дре­весноуксусного порошка; она выложена кирпичом, положенным плашмя, и оштукатурена смесью глины и извести с подсмольной водой.

Из каждой реторты газы и пары уходят по медной трубе в медный воздушный смолоотделитель 2, описанный выше.

Смола из всех смолоотделителей стекает по желобу 3 в бак (сборник) 4 для смолы. Далее газы и пары уходят в медные водя­ные конденсаторы 5, помещенные (по два вместе) в деревянном баке с водой. Эти баки поставлены вне здания, под навесом. Вода сменяется периодически. После конденсатора конденсат (жижка), газы и небольшое количество паров поступают в газоотделители 6, Помещенные в тех же баках с водой, в которых находятся конден­саторы 5. Газы с небольшим количеством паров уходят из газоот­делителей по трубе 7 в деревянный скруббер 8, наполненный хво­ростом. Газы из него уходят по трубе наружу, а конденсат, содер­жащий уксусную кислоту и спирт, стекает в бак.

Продольный разрез по Я BCD

/—план; //—продольный разрез; III и IV— поперечные разрезы; /—реторта; 2— смолоотделитель; 3—Желоб для смолы; 4—Бак для смолы; 5—Водимой конденсатор; б—газоотделитель; 7—газопроводная труба; 8- скруббер; 9— отстойники; 10—Ручной насос; 11—чан-натравочник; 12— чан для приготовления известкового молока; 13— отстойники для жижки из иатравочинка 11 14-Спиртовые кубы; 15— отстойники; 16— упарочные коробки; 17— стекальник; 18—Колонки спиртовых кубов; 19—Конденсаторы; 20—Баки для древесного спирта; 21—Колпак и дымоотводная труба

Отстойное отделение. Конденсат (жижка) из газоотделите­лей 6 стекает в общий желоб, который отводит его в первый из че­тырех отстойников 9. Отстойники — деревянные баки расположе­ны в один ряд так, что жижка самотеком по соединительным верх­ним желобам переходит из первого отстойника во второй, из вто­рого в третий и т. д. На дне отстойников образуется слой отстой­ной смолы, которую периодически спускают в бочки. При правиль­ной работе в последнем отстойнике жижка уже не содержит от­стойной смолы. Чем лучше отстаивается жижка, тем более чистым получается древесноуксусный порошок, с большим содержанием кальциевых солей уксусной кислоты и ее гомологов. Для полного отделения отстойной смолы необходимо, чтобы жижка проходила через все отстойники в течение не менее трех суток, для чего ем­кость всех отстойников должна быть равна трехсуточной выра­ботке жижки на заводе. На холоде отделение отстойной смолы идет хуже, чем в тепле; поэтому отстойники следует ставить в утепленном помещении.

Состав отстоявшейся жижки: кислоты (в пересчете на уксус­ную) 7—10%, метилового спирта с ацетоном — 3%, растворимой смолы — 7%, воды — от 83 до 80%. Состав отстойной смолы: уксусной кислоты — 2%', воды—17,5%, смолы — 80.5%. Выход безводной смолы — 10 кг из 1 скл. м3 березовых дров.

Спиртопорошковое отделение. Из последнего отстойника 9 отстоявшуюся жижку перекачивают ручным насосом 10 в чан - натравочник 11, в котором производится травление жижки, т. е. нейтрализация ее кислот известью. Эту операцию следует выпол­нять умело и тщательно, так как от этого зависит расход извести и качество древесноуксусного порошка.

Нейтрализовать жижку негашеной известью нельзя, так как жижка сильно разогревается и улетучивается часть ацетона и дру­гих легколетучих веществ. Нельзя также вносить в жижку круп­ные куски гашеной извести, так как они покроются снаружи смолой (растворимой) и перестанут реагировать, вследствие чего повысится расход извести и ухудшится качество древесно­уксусного порошка (за счет примеси гидрата окиси кальция). При переработке такого древесноуксусного порошка на уксусную кис­лоту требуется повышенный расход серной кислоты. Поэтому от­стоявшуюся жижку нейтрализуют известковым молоком, приго­товляемым в особом чане 12. Известковое молоко прибавляют к жижке небольшими порциями и при тщательном размешивании.

По мере нейтрализации кислот часть смолы, растворенной в них, всплывает наверх; ее счерпывают. О полной нейтрализации жижки судят по изменению ее цвета от винно-красного до желто- коричневого или по индикаторной бумажке (лакмусовой или фе­нолфталеиновой) . При хорошей работе удается в натравленной

22 В. H. Козлов, А. А. Нимвицкий

Жижке не иметь ни избытка извести, которая, как уже сказано, повредила бы при переработке древесного порошка на уксусную кислоту, ни свободных кислот, которые, при дальнейшей перера­ботке древесного порошка на уксусную попали бы в древесный спирт и ухудшили его качество.

Из натравочника 11 жижку перекачивают в деревянные чаны - отстойники 13, где из нее оседает шлам — смола, соли высших жирных кислот, феноляты кальция и нерастворимые в воде ми­неральные примеси, например кремнекислые соли алюминия и железа, поступившие в жижку в составе известкового молока. Отстоявшаяся жижка из отстойников 13 поступает самотеком в два спиртовых куба 14, устройство которых показано на рис. 63.

Спиртовый куб 1 склепан из железа, имеет цилиндрическую форму, расположен горизонтально в кирпичной обмуровке 2. Диа­метр куба — 1,8 м, длина — 2,5 м, полезная (загрузочная) ем­кость — около 2 м3. На верхней поверхности куба загрузочный люк 3 и горловина 4 для присоединения колонки, через которую уходят пары древесного спирта. В нижней части заднего днища имеется спускная трубка 5 для раствора древесноуксусного по­рошка. В обмуровке, под кубом, сложена топка 6 с горизон­тальной колосниковой решеткой для дров; дымовые газы в зад­нем конце топки уходят вверх в дымоход 7, по которому обходят

Куб кругом, нагревая нижнюю половину боковых стенок его, и уходят в дымовую трубу 8. Если два куба расположены рядом, то для них ставится одна общая дымовая труба.

На горловине куба ставится колонка для ректификации дре­весного спирта (рис. 64). Колонка 1 — железная, с тепловой изо­ляцией из асбестита. Внизу — дырчатая перегородка 2, на кото­рой высокий слой 3 древесного угля — внизу из крупных кусков, вверху — из мелких. Над углем распределительное устройство 4 Для флегмъг. Флегма, текущая сверху, поступает в горизонталь­
Ный желобок трехугольного поперечного сечения с пятью вырезами по каждому краю, по которому стекает в пять таких же желобков, расположенных перпендикулярно по отношению к первому желоб­ку. Из пяти нижних желобков флегма стекает на уголь, равно­мерно орошая его по всему поперечному сечению колонки. Эта колонка задерживает смолистые вещества, наиболее труднолету­чие, которые конденсируются и стекают обратно в куб. Пары воды, Д —. метилового спирта, ацетона и

Других легколетучих веществ уходят по трубе 5 и проходят снизу вверх последовательно через три тарелки 6, помещен­ные в деревянном баке 7 с во­дой. Каждая тарелка состоит из двух медных тарелок, спаянных по краям, а внутри их, на под­ставках, стоит третья тарелка. Газы и пары поступают снизу, проходят от краев к центру между верхней и внутренней тарелкой и уходят вверх по трубке, примыкающей к середи­не верхней тарелки. Тарелки являются дефлегматором. Бо­лее высококипящие пары кон -

/—змеевик; 2— бак с водой; 3—Трубка для денСИРУЮТСЯ И КОНДвНСЭТ СТе - ввода охлаждающей воды; 4—Т[ убка для rJ

Удаления отработанной воды КЭвТ ВНИЗ В КОЛОНКу, а ОСТЭЛЬ -

Ные пары и все газы уходут по трубке в в конденсатор. Лучшие тарелки имеют каждая отдель­ный резервуар с водой, для которого дном служит ее верхняя тарелка; вода поступает в резервуар верхней тарелки, затем про­текает по соединительной трубке в резервуар нижней тарелки, а из него — наружу. Здесь соблюден принцип противотока.

Конденсатор (рис. 65) состоит из медного змеевика 1, поме­щенного в деревянный бак 2 с водой; вода по трубке 3 поступает на дно бака и выходит из него у верхнего края по трубке 4. Этот конденсатор поставлен снаружи здания завода. В нем кон­денсируются метиловый спирт, альдегиды, сложные эфиры, аце­тон, аллиловый спирт, вода и другие вещества, стекающие в бак, поставленный в здании завода. Крепость конденсата 50—60%.

Упарочно-сушильное отделение. По окончании отгонки спирта в кубе 14 (рис. 62) остается водный раствор древесноуксусного порошка (кальциевых солей уксусной кислоты и ее гомологов со смолистыми и минеральными примесями); его спускают по спуск­ной трубке в деревянный бак-отстойник 15. По отстаивании водный раствор древесноуксусного порошка, содержащий 9—10% солей
кальция, в пересчете на Са(СН3СОО)2, перекачивается ручным насосом 10 на упарочные коробки 16.

Упарочных коробок (рис. 66) 1 — две - Они склепаны из листо­вого железа и расположены рядом в кирпичной обмуровке 2. На передней стенке обмуровки — входные отверстия 3 двух топок 4 Для дров, без колосниковой решетки. Дымовые газы обогревают дно и нижнюю часть боковых стенок коробки, проходя по дымо­ходам 5; сперва они идут к заднему концу коробки, затем к перед­нему концу, где уходят в общую для двух коробок дымовую трубу 6. Над коробками — железный колпак с отводной для водя­ных паров трубой, выходящей выше крыши здания завода. Сзади коробок — наклонный деревянный настил-стекальник 17 (рис. 62).

По мере испарения воды из раствора древесноуксусного по­рошка, находящегося в упарочной коробке, концентрация солей кальция в растворе возрастает и происходит выделение кристал­лов этих солей. Нельзя допускать образования корки из этих кри­сталлов на дне коробки, так как она ухудшит передачу тепла от дымовых газов раствору. При умелом выпаривании и тщательном перемешивании получается кашицеобразная масса, в которой 50% кристаллов и 50% маточного насыщенного раствора, причем все дно коробки покрывает тонкий слой маточного раствора. Эту массу вычерпывают на стекальник, по которому маточный раствор стекает обратно в коробку. Сырой древесноуксусный по­рошок со стекальника загружают в вагонетку, которую затем вкатывают на верхнюю поверхность обмуровки реторт и здесь раскидывают нетолстым слоем.

Слой древесноуксусного порошка при сушке надо все время вручную переворачивать и перемещать с одного места на другое, иначе снизу он будет перегреваться и при 200° начнется его раз­ложение по реакции:

Са (СНзСОО) 2 = СН3СОСН3 + СаС03. (107)

Ацетон уйдет в виде паров и будет потерян, а углекислый кальций останется в древесноуксусном порошке и снизит его качество.

При разложении древесноуксусного порошка серной кислотой оставшийся СаСОз вызовет излишний расход серной кислоты, а вследствие выделения С02 реагирующая масса будет вспен л - ваться.

При тщательной работе весь порошок получится с влажностью не выше 10%.

В начале сушки порошок, пока сырой, имеет желтый цвет, который переходит в темнокоричневый или черный, затем в серый Или темнобурый. По окончании сушки порошку надо дать остыть,

Разрез по Д-5

План

Рис. 66. Упарочные коробки:

—упарочные коробки; 2—Обмуровка; 3—входные отвер стия топо. с; 4 - топки; 5—д. шаходы; 6—дымовая труба

-6

Пропустить через грохот и упаковать в тару (рогожные кули или бумажные мешки)- Продолжительность сушки — 24 часа.

Описанный завод не имеет паросиловой станции и все аппа­раты здесь с огневым нагревом. Перекачка жидкостей произво­дится вручную. Конденсаторы не с проточной, а с периодичен I сменяемой водой. Все это невыгодно отражается на выходах и качестве продуктов. Так, древесноуксусный порошок получается черный, второго сорта, древесный спирт крепостью всего лишь 50% и отстойная смола — с содержанием воды около 10%.

В промкооперации работают и более крупные заводы с 12,16, 24 ретортами емкостью по 3,1 скл. м3 дров. Завод, имеющий 16 реторт, паросиловую станцию, паровые перегонные и выпарные аппараты, перерабатывает в год 15 тыс. скл. м3 березовых дров и получает серый 80%-ный древесноуксусный порошок и концент­рированный спирт (крепостью более 90%).