Технологія переробки живиці

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний лісотехнічний університет України

Кафедра ХТПД

Курсова робота

з дисципліни: "Комплексна хімічна переробка деревини"

на тему: "Технологія переробки живиці"

Виконав ст. групи ХТС-21

Крутій А.А.

Прийняла асис. Рондяк І.І.

Львів 2010



Вступ

Основною сировиною для одержання каніфольно - терпентинного виробництва є соснова живиця. Однак переробляти можна і кедрову, ялинову та модринову живицю.

Свіжий сосновий бальзам, який тільки витік зі смоляних ходів містить до 35% терпентинного масла і на вигляд - світла прозора рідина. Під дією світла і повітря рідкий прозорий сосновий бальзам втрачає частину терпентинного масла (скипидару). Внаслідок цього, а також і через кристалізацію смоляних кислот бальзам густіє, стає мутним, непрозорим і в'язким, за зовнішнім виглядом схожий на зацукрований мед. Такий бальзам називають живицею, яка завжди містить домішки у вигляді сміття і води. При подальших втратах скипидару живиця засихає і називається баррасом.



1. Опис продукції

Сировиною для одержання каніфольно - терпентинного виробництва є соснова живиця, яка містить біля 75% каніфолі, 18% скипидару, 6% води та 1% сміття. Переробка живиці включає дві стадії процесу: видалення із живиці сміття, води та відгін леткої частини (скипидару) від нелетких смоляних кислот (каніфолі). На першій стадії процесу живиця плавиться парою в періодичних або безперервних плавильниках при температурі 90⁰С і тиску 0,15МПа. Для очищення живиці від фарбників (сумішей заліза) в плавильник вводиться ортофосфорна кислота (0,5 - 0,8% від маси живиці), а для видалення різниці густин залишившихся середовищ - скипидар до 40%-ного вмісту його в терпентині.

Живиця - розчин твердих смоляних кислот із загальної формулою С₂₀Н₃₀О₂ і терпентину (С₁₀Н₁₆). Тверді смоляні кислоти представляє каніфоль, а терпентин - скипидар.

Свіжа живиця являє собою світлу сиро подібну в'язку рідину, липку з приємним запахом, гіркою на смак. Живиця знаходиться в смоляних ходах хвойних порід (65 - 68% каніфоль, 32 - 35% скипидар). При виділенні на поверхню стовбура найбільш летюча частина скипидару випаровується і вміст скипидару зменшується до 16 - 25%. При тривалому перебуванні на поверхні стовбуру живиця окислюється і кристалізується, перетворюючись на баррас (крихка низькоякісна живиця). Отримують живицю при підсочці лісу. Заготовлена живиця повинна відповідати вимогам стандарту.

Масова частка смоляних кислот у сосновій живичній каніфолі коливається від 93 до 94%, жирних кислот - до 1,5%, неомилених речовин - 6-7%. Температура розм'якшення соснової живичної каніфолі 66 - 70⁰С.

Живичний скипидар є продуктом високої якості, який являє собою багатокомпонентну суміш терпенових вуглеводнів. Живичний скипидар - прозора летка рідина з характерним запахом, без осаду та води, густиною 855-863 кг/м³, температура кипіння 155-160⁰С.

Чиста живиця має широке використання в народному господарстві для виготовлення сургучу, штучної оліфи, різних мастил, емалювання деревних бочок, в медицині, є важливою стратегічною сировиною (вибухові речовини) і бурштин (закам'яніла смола).



2. Опис технологічного процесу переробки живиці

Технологічний процес переробки живиці на каніфоль і скипидар складає з таких основних операції: 1) первинної обробки сировини; 2) плавлення живиці; 3) очищення її від сміття і води;4)висвітлення живиці; 5)відгону скипидару; 6) уварювання, а також сушіння скипидару та розлив каніфолі.

2.1 Первина обробка живиці

Ще донедавна для транспортування і зберігання живиці використову-вали в основному дерев'яні бочки місткістю 200-250л. Звичайний вміст скипидару надає живиці властивості добре просочуватися в деревину і витікати з бочок через незначні нещільності. Втрати живиці при пакуванні в дерев'яну тару замінили металевими бочками з верхнім знімним днищем. Для зберігання живиці на заводах в силу сезонності її добування застосову-ють вертикальні металеві резервуари об'ємом до 750м³ і більше. Вони оснащені барботерами для розігрівання живиці гострою парою перед подаванням її плавильники. Для кращої організації робіт при безтарному зберіганні живиці доцільно мати цех для первинної обробки сировини, яких повинен мати таке основне обладнання: монжуси з паровою сорочкою і мішалкою об'ємом по 10м³ ; електротельфери вантажопідйомністю 1 т з кран-балкою для переміщення бочок; пристрій для миття бочок; пристрій механізованого відбору проб живиці; конвеєр з камерою для підігріву бочок при розвантажені в зимових умовах.

На розвантажувальну площадку до решітки приямка бочки подають автонавантажувачем або тельфером. Живицю вивантажують з бочок у бункер бетонного насоса, яким перекачують її трубопроводом діаметром 200мм в цех на переробку або в сховища. Живиця із сховищ самопливом надходить у монжуси в якому її розбавляють скипидаром і розмішують до однорідного стану. Після цього живицю трубопроводом діаметром 150 мм перетискають за допомогою стисненого повітря в цех на переробку. На трубопроводі встановлюється фільтр з отворами сітки 65*65 мм для вловлювання великих предметів (пробки, палки та ін. ), які випадково потрапили в живицю. Трубопроводи для транспортування живиці оснащують паровими сорочками.

Якість продукції, яку отримують з живиці після довготривалого зберігання,не знижується. Для повного вивантаження живиці резервуари повинні мати конусне днище з кутом вершини не більше 125^0. Для швидкого заповнення монжусів живицею необхідно створювати в них вакуум.

Бочки,які звільнили від живиці,поступають на миття для очищення від налиплої на стінки живиці. Застосовують гідравлічний спосіб, при якому живиця зчищається з стінок струменем холодно солоної води, під тиском 0,2 -0,3 МПа. Отримані стоки направляють у відстійники для вловлювання живиці. Присутність NaCl у воді прискорює і покращує процес відстоювання.

2.2 Плавлення живиці

Під терміном плавлення живиці розуміють нагрівання її до 90 -95 ⁰ С і розчинення кристалів смоляних кислот в скипидарі. Живиця стає текучою, добре фільтрується і перекачується трубами за допомогою насосів. Плавлять живицею гострою парою в плавильниках періодичної дії, футерованих кислототривким цементом або виготовлених з кислототривкої сталі з хибним днищем - металевою сіткою, яка затримує велике сміття, барботером і боковим люком для вивантаження сміття.

У плавильник завантажують живицю, скипидар (з таким розрахунком, щоб загальна його кількість у суміші була близько 30%), кухонну сіль (щоб у результаті процесу плавлення живиці одержали 10%-й водяний розчин солі ) і невелику кількість водяної суперфосфатної витяжки або ортофосфорної кислоти. Вміст плавильника нагрівають парою до 90 -95 ⁰ С і переводять у відстійник. Кухонну сіль застосовують для збільшення різниці питомих мас терпентину і воду, однак це призводить до утворення накипу в каніфолевари-льних апаратах, збільшення зольності каніфолі, забруднення стічних вод тощо. Для вилучення кухонної солі з процесу плавлення вміст скипидару в живиці доводять до 40% замість 30%(безсольовий спосіб відстоювання терпентину).При цьому виходить достатня різниця питомих мас води і терпентину. До того ж знижується в'язкість останнього. У цьому випадку скорочується тривалість процесу плавлення живиці і підвищується коефіці-єнт витягу смолистих речовин із сміття.

Після трьох -чотирьох операцій плавлення живиці плавильник чистять. Для цього сміття в плавильнику промивають скипидаром, залишки скипидару зі сміття відганяють гострою парою. Потім сміття з плавильника видаляють водою в колекторну трубу, з'єднану патрубком з кожним плавильником,і далі під тиском за межі цеху. В плавильнику затримується 80% сміття, що міститься в живиці,а 20% захоплюється терпентином у відстійники.

Сміття, яке вивантажується з плавильника, містить 24,9% каніфолі і 7,0% скипидару. В процесі плавлення разом з водяною парою при зняті тиску і перетисканні живиці переходить в холодильник біля 2% скипидару. Питома витрата пари на плавлення складає близько 100 кг/т живиці. Вологість живиці з врахуванням конденсату при розігріванні її і води, яка вводиться з фосфорною кислотою, збільшується до 12 -15 %.

2.3 Відстоювання живиці

Відстоювання живиці, нагрітої до 90 -95 ⁰ С, здійснюють у відстійниках періодичної або безперервної дії. При цьому важке сміття і вода у вигляді сольового розчину осідають вниз, а чистий терпентин (розчин живиці в скипидарі) відшаровується і знаходиться у верхньому шарі. Відстійники всередині цементовані кислототривким матеріалом, а зовні мають теплову ізоляцію. Відстоювання розчину живиці у відстійниках періодичної дії протікає порівняно швидко. Шар розчину висотою 1 м відстоюється від розчину солі за 4 год. У відстійнику безперервної дії, який являє собою посудину з конусоподібним дном, у верхню частину безперервно (іноді порціями )подають розплавлену живицю, а з нижньої частини безперервно відбирають відстій - сміття і водяний розчин солі. При робочому об'ємі відстійника 57м³ продуктивність його складає 180 -200 т живиці за добу. Вміст води терпентині після відстоювання 0,5 -0,7%. Такі відстійники порівняно з відстійниками періодичної дії дозволяють збільшити виробничу потужність заводу, скоротити втрати живиці і зменшити затрати праці.

2.4 Висвітлення живиці

Колір каніфолі є одним зі важливих показники якості. Тим часом живиця темніє внаслідок застосування залізних приймачів для збору живиці при підсочуванні у лісі, застосування залізних бочок для транспортування і зберігання її в залізних сховищах. Смоляні кислоти живиці з залізом утворюють темнозабарвлені солі. Продукти взаємодії заліза з танідами, які містяться в смітті живиці, теж мають темний колір. Для одержання світлої каніфолі живицю піддають висвітленню суперфосфатною водяною витяжкою або фосфорною кислотою.

2.5 Відгін скипидару з терпентину й уварювання каніфолі

Чистий терпентин із відстійника подають у каніфоль варильні апарати. Склад очищеної живиці, %: каніфолі біля 70, скипидару 30 (при безсольово-му способі очищення живиці-скипидару до 40, каніфолі біля 60).Крім цього, в очищенні живиці міститься вода об'ємом від 0,4 до 1,0%, залежно від ретельності очищення. Скипидар від каніфолі відганяють повністю, тому що залишки терпенів і терпенових спиртів у каніфолі знижують температуру його розм'якшення і надають липкості. Початкова температура кипіння скипидару 156⁰С. Наявність каніфолі значно підвищує температуру кипіння живиці. Так, якщо вміст каніфолі в живиці дорівнює 20%, то початкова температура кипіння її складає 161⁰С, при 50% каніфолі - 168⁰С, при 70% -179⁰С, при 85% -195⁰С і т.д. Залишки скипидару будуть відганятися за температури 250 -300⁰С,що призведе до потемніння каніфолі і зниження температури розм'якшення через утворення рідких каніфольних масел. Для зниження температур відгону скипидару від живиці можна застосовувати перегонку: 1) з водяною парою, 2) у вакуумі, 3) в струмені інертного газу (СО₂ N₂ та ін). Промислового використання набув відгін скипидару від живиці з водяною парою.

Якщо нагрівати суміш двох або декількох взаємно нерозчинних рідин, то перегонка їх буде відбуватися при температурі нижній, ніж температура кипіння низько киплячого компонента суміші.

2.6 Розлив каніфолі

Каніфоль соснова - це склоподібна аморфна маса, що складається в основному зі смоляних кислот. Така каніфоль має схильність до кристаліза-ції. Найчастіше кристалізація спостерігається, якщо розплавлену каніфоль відразу залити в бочки.

Оптимальна температура кристалізації каніфолі знаходиться в межах 80-115⁰С.Якщо гарячу (160 -165 ⁰С ) каніфоль залити в 200-літрову бочку, то в середині бочки каніфоль тривалий час буде знаходитися при температурі, сприятливій для кристалізації. Кристалічна каніфоль не придатна для застосування в багатьох галузях промисловості, наприклад, у лакофарбовій, кабельній, паперовій та ін.

Для швидкого охолодження гарячої каніфолі застосовують розлив її в бочки тонкими шарами або спеціальні охолоджувачі, у яких каніфоль охолоджується до 60 - 65⁰С за 15-20 сек. Охолоджувач (рис.26) - це мідний або сталевий обертовий барабан з водяним охолодженням. Під барабаном на станині знаходиться ванна, під дном якої розташований змійовик глухої пари, а торцеві стінки ванни оснащені паровими сорочками.

Гарячу каніфоль подають у ванну трубопроводом, який обігрівається. Під час обертання барабана, внутрішня поверхня якого охолоджується розприскуванню водою, до нього прилипає тонкий шар каніфолі, що швидко охолоджується на його поверхні до температури 60 - 65⁰С і у вигляді густої текучої стрічки спеціальним ножем знімається з барабана і надходить у тару. Тривалість заповнення однієї 200-літрової бочки 12-18 хв. Коефіцієнт заповнення бочки каніфоллю складає 93% її корисного об'єму.

Розлив каніфолі може здійснюватися за методом, який передбачає транспортування (шляхом перекачування) готової гарячої каніфолі безпосередньо з цеху на склад у розливний колектор, який має декілька точок відбору продукту з відводами, що оснащені спеціальними засувами шиберного типу. Розлив проводиться одночасно з усіх точок у металеві або картонні барабани об'ємом 100л, встановлені на дерев'яних піддонах. Тривалість затарювання 40 -50 секунд. Встановлення вільних барабанів і вивід заповнених каніфолю з - під колектора здійснюється автонавантажува-чем. Цей метод розливу дозволяє механізувати всі складські роботи, включаючи завантаження в залізничні вагони. Це досягається встановленням одно пролітного крана - штабелера з ручним управлінням. Механізація розливу каніфолі і освоєння нових видів тари дозволяють покращити якість і товарний вигляд каніфолі.

Відповідно до вимог ГОСТ19113-84 живична сосна каніфоль повинна відповідати вимогам: вміст вологі до 0,3%;золи не більше 0,04%; механічних домішок 0,05%;температура розм'якшення не нижче 68⁰С для марок А і 66⁰С для марок Б;кислотне число не нижче 168 (для марки А) і 7,5 (для марки Б).

Великі об'єми каніфолі споживає лакофарбова і поліграфічна промисловість. Каніфоль здавна використовується в миловарній промисло-вості як добавка до жирних кислот при варінні мила. Таке мило краще піниться, і піна виходить стійкою. Каніфоль застосовується також для виго-товлення різних мастик і паст, виготовлення сургучу, пивних смолок і т.д.

Шляхом хімічної переробки з каніфолі одержують вторинні, цінніші продукти. Методом гідрування каніфолі воднем одержують гідровану каніфоль. Методом диспропорціонування, тобто перерозподілу водню в молекулах смоляних кислот, одержують диспропорційовану каніфоль. Гідрована і диспропорційована каніфолі дають стійкі, нетемніючі плівкоутворювальні матеріали, які використовуються для виготовлення високоякісних лаків і фарб. Клей з таких каніфолей використовують для проклеювання вищих сортів паперу, який у свою чергу використовують для виготовлення грошових знаків, світлочутливого паперу, географічних карт та інших цінних видань. Якщо каніфоль піддати процесу полімеризації, то одержують полімеризовану каніфоль. Її використовують для виготовлення поліграфічних фарб. Усі ці модифіковані каніфолі використовуються для виготовлення каніфольних емульгаторів, необхідних у виробництві синтетичного каучуку.

2.7 Сушіння і очищення скипидару

Відповідно до вимог ГОСТ1571-82Е живильний скипидар (терпентинна олія ) повинен бути прозорим, без осаду і води з питомою вагою 0,855 - 0,863. Інші показники для скипидару марок А і Б повинні бути відповідно: показник заломлення (n_D²⁰ ) 1,467-1,472 і 1,468- 1,475, об'єм відгону до температури 170⁰С не менше 92% і 80%.

У скипидарі міститься емульсована в ньому вода, і тому він часто виходить мутним. Для зневоднювання скипидару його фільтрують через соляноватяний фільтр, у якому вода поглинається кухонною сіллю. Забарвлений живичний скипидар перед розливом в тару очищують перегонкою з парою або обробкою лугом. Жовте забарвлення скипидару вказує на попадання в нього каніфолі при перегонці або продуктів термічного розкладання смоляних кислот (каніфольних масел ). Іноді жовте забарвлення виникає як результат тривалої дії на терпени кисню повітря, особливо в присутності вологи. Червоний колір терпентинного масла обумовлюється солями або окисами заліза. Зеленувате забарвлення скипидару надають мідні солі, які попадають у скипидар при проходженні його через холодильники. Для отримання незабарвленого скипидару потрібно дотримуватись технологічних режимів переробки живиці, а також правил зберігання і транспортування.

Скипидар є дуже добрим, хоча і дорогим розчинником олійних фарб, лаків, мастик та ін. При додаванні скипидару в олійні лаки і фарби вони швидко висихають, плівка стає міцнішою й еластичною.

Скипидар служить сировиною для синтезу цінних хімічних продуктів: синтетичної камфори, терпингідрату, гідроперекісів, полімерних смол, пластифікаторів, мастильних речовин і парфумерних продуктів. Зі скипидару синтезують інсектициди-отрути, що призначені для знищення комах-шкідників сільськогосподарських культур.



3. Розрахунок продуктивності відстійників живиці

В живиці будь-якого періоду збирання міститься вода, велике сміття у вигляді хвої, кусків кори, деревинної стружки, залишків комах і дрібне сміття у вигляді піску, пилу і солей заліза. Крім цього при підсочуванні застосову- ють біостимулятори (зокрема сульфітно - спиртова барда), які через низьку культуру праці попадають в живицю. Сульфітно - спиртова барда має високі поверхнево - активні властивості, тому наявність її в живиці сприяє утворен- ню стійкої емульсії живиці у воді, або навпаки - води в живиці. Особливо стійкі емульсії утворюються під час плавлення живиці в потоці перегрітої пари. Утворена емульсія вода - живиця практично не розшаровується і приводить до великих втрат живиці при відстоюванні. Для забезпечення розшарування живиці і води па стадії плавлення додають такі деемульгатори як катамін АБ (0,2-0,3% від маси живиці). Однак, наявність катаміну в каніфолі знижує її якість, особливо при використанні її у виробництві синтетичного каучуку.

В процесі плавлення живиці і її перегону через хибне дно плавильника або друк-фільтра в буферну ємність вдається відокремити велике сміття. Дрібне сміття і вода залишаються в живиці. Основним способом відокрем- лення живиці від залишків сміття і води є відстоювання.

Продуктивність відстійника визначається за рівнянням:

П = 86,4 • V₀ • с_ж, (3.1)

де V₀ - об'єм живиці, що відстоялася, м³ /с;

П - продуктивність відстійника, т/добу;

с_ж - густина живиці при температурі проведення відстоювання, кг/м³.

Кількість відстояної живиці в т/добу визначається за формулою:

V₀ = F₀ • w₀, (3.2)

де V₀ - об'єм живиці, що відстоялася, м /с;

F₀ - площа відстоювання, м²;

w₀ - швидкість відстоювання частинок, в даному випадку крапель води, м/с.

Швидкість відстоювання частинок в м/с визначається за рівнянням Стокса:

d² • (с_в • с_ж) • g

w₀ = , (3.3)

18 • м

де d - діаметр крапель води, м;

с_в - густина води, кг/м³;

с_ж - густина живиці, кг/м³;

g - прискорення вільного падіння, м/с;

м - динамічна в'язкість живиці, Пас.

Всі параметри беруться при температурі відстоювання.

Вода в масі знаходиться у вигляді крапель різних розмірів. Особливо дрібні краплі утворюються при плавленні живиці перегрітою парою. Діаметр крапель води в живиці експериментальним шляхом не встановлений. Передбачається, що він коливається в межах від 0,001 до 1,0мм. Формула Стокса справджується тільки у випадку розмірів осідаючих частинок в межах від 0,00005 до 0,1мм. Для частинок розміром більше 0,1мм опір середовища відстоюванню пропорційний не першій степені, а квадрату швидкості.

В умовах розплавленої і добре прогрітої живиці, при яких відбувається відстоювання, важке сміття (мінеральні домішки, пісок, земля) осідають вниз, легке сміття спливає, вода ж залежно від густини живиці може знаходитися зверху або знизу живиці. Відомо, що рухомою силою процесу відстоювання є різниця густин середовища і частинок, що відстоюються. Для збільшення різниці густий і, отже, прискорення процесу відстоювання до живиці додають хлорид натрію (кухонну сіль). Однак, технічний NaCl збільшує забарвлення каніфолі, знижує поверхневий натяг води, збільшує накипання на стінках технологічного обладнання і перешкоджає руйнуванню емульсій. Вміст скипидару в живиці при безсольовому способі очищення доводять до 35-45%, а температуру при відстоюванні підтримують в межах 93-98°С.

В таблиці 1 приведені залежності густини води і водного розчину хлориду натрію від температури і густини живиці залежно від температури і вмісту в ній скипидару. В'язкість живиці залежно від вмісту скипидару при різних температурах приведена в таблиці 2.

Таблиця 1

Густина води і водного розчину хлориду натрію залежно від температури і густіша живиці залежно від температури і вмісту в ній скипидару

Температура, 0С	Густина води, кг/м3	Густина 10% - ного NaCl	Густина живиці, кг/м3, при вмісті скипидару, %
			15	30	40	50
20	998	1072	1028	1000	978	957
40	992	1065	1016	986	964	943
60	983	1055	1004	974	948	927
80	972	1043	990	956	934	911
90	966	1036	984	948	926	903
100	959	1028	977	940	919	895

Вміст скипидару в живиці 31% (NaCl) - соловий метод.

Густина солі (с_NaCl):

Т = 70⁰С с_NaCl

с_NaCl = 972+ • (80 - 70) = 977,5 кг/м³.

Густина живиці (с_ж):

974 - 948

с_ж1 = 974 - • (31 - 30) = 971,4 кг/м³.

40 - 30

956 - 934

с_ж2 = 956 - • (31 - 30) = 953,8 кг/м³.

40 - 30

971,4 - 953,8

с_ж = 971,4 - • (70 - 60) = 962,6 кг/м³.

80 - 60

Таблиця 2

В'язкість живиці залежно від вмісту скипидару

Температура, 0С	В'язкість живиці, Па•с•10-3 при вмісті скипидару, %
	20,4	25	30	35	40
20	-	-	-	-	390
30	-	-	-	500	180
40	-	-	660	230	89
50	-	900	280	100	43
60	920	300	115	51	28
70	300	130	58	30	17
80	145	65	34	19	14,54
90	-	36	26	13,5	8,12
100	-	20	16	9,43	6,15

Динамічна в'язкість (м):

Відстоювання живиці проводять у відстійниках як періодичної, так і безперервної дії. Відстійники всередині футерують кислотривким цементом, а ззовні теплоізолюють, щоб живиця не охолоджувалася. Відстійники періодичної дії для безперервної видачі очищеної живиці комунікують послідовно. Найбільш надійним і таким, що добре зарекомендував себе в експлуатації, є відстійник безперервної дії конструкції М.К.Жлобо і П.П.Полякова.

Відстійник для живиці безперервної дії: 1 - корпус відстійника; 2 - труба для відведення відстою; 3 і 4 - відбивні перегородки; 5 і 6 - штуцери для подачі і відведення живині з відстійника; 7 - нижня труба для відбирання відстою

Продуктивність такого відстійника - 200...250 т живиці за добу. При правильній роботі відстійника живиця, що надходить з нього на переробку, практично не містить сміття навіть у вигляді механічного пилу, а об'єм води не перевищує 0,6%. Використання відстійників безперервної дії не тільки сприяє підвищенню якості продукції, але й приводить до зменшення об'єму виробничих приміщень і зростання продуктивності праці майже вдвічі.

Визначаємо швидкість відстоювання частинок:

(0,1•10^-3)² • (977,5 - 962,6) • 9,8

w₀ = = 1, 54 • 10^-6 м/с.

18 • 52,4•10^-3

Визначаємо об'єм живиці, що відстоялася:

V₀ = 35 • 1, 54 • 10^-6 = 53, 9•10^-6 м³/с.

Тоді продуктивність відстійника буде становити:

П = 86,4 • 53, 9•10^-6 • 962,6 = 4,48 т/добу.



4. Визначення маси кислоти, яку необхідно додати для висвітлення живиці

Колір каніфолі с одним з важливих показників її якості. При підсочу- ванні живиці часто користуються залізними приймачами, транспортування і зберігання здійснюють в металевій гарі, що приводить до утворення резина- тів заліза Fe(С₁₉Н₂₉СОО)₂. Через окислення смоляних кислот киснем повітря можуть утворюватися і складніші з'єднання. Містить живиця таніди і барвни-ки, які наявні в смітті, і продукти їх взаємодії з залізом та іншими мінераль-ними домішками. Крім цього в живиці є продукти окислення жирних і смоля-них кислот, яких міститься особливо багато в баррасі.

Для підвищення якості каніфолі живицю піддають висвітленню. Процес висвітлення живиці проводиться хімічним методом, шляхом дії на неї водним розчином ортофосфорної кислоти Н₃РО₄ або суперфосфатної водяної витяжки.

Суперфосфатну витяжку готують методом кип'ятіння суперфосфату з водою (у співвідношенні 1:1). При вмісті в суперфосфатній водяній витяжці 5-7% вільної Н₃РО₄ її додають у кількості 30-40л на 1 т живиці.

Операцію висвітлення живиці розчином ортофосфорної кислоти суміщають з процесом її плавлення. Технічну ортофосфорну кислоту розбав-ляють водою до 5-7%-ної концентрації і додають до живиці при завантаженні її в плавильник. Маса кислоти (кг), яку необхідно додати до каніфолі визна-чається за формулою:

К • Ж

В = , (4.1)

де К - коефіцієнт, значення якого для світлої живиці 56, а для темної - 102;

Ж - кількість живиці, яка завантажується в плавильник, т;

n - кількість мілілітрів 0,5н NaOН, які витратили на титрування 3мл розбавленої Н₃РО₄ з індикатором метиловим оранжевим.

56 • 1,142

В = = 3,76кг.

17

Взаємодія фосфорної кислоти з резинатами заліза проходить за схемою:

3Fe (C₁₉H₂₉COO)₂ + 2H₃PO₄ = Fe₃(PO₄)₂ + 6C₁₉H₂₉COOH.

Солі заліза фосфорної кислоти безбарвні і добре розчинні у воді. Вони успішно відокремлюються від живиці при очищенні її від води і сміття у відстійниках. Хімічне висвітлення живиці фосфорною кислотою забезпечує виготовлення каніфолі за шкалою кольору не нижче марки WG.

Крім хімічного висвітлення, для досягнення високого ефекту і попередження кристалізації, застосовують додаткове промивання відстояної живиці водою. Додаткове промивання забезпечує практично повне видалення солей заліза фосфорної кислоти, танідів і забарвлюючих речовин, що зумов-лює покращення кольору каніфолі, а також залишків фосфорної кислоти, що попереджує ізомеризацію смоляних кислот на стадії уварювання каніфолі.



5. Визначення температури кипіння суміші при перегонці скипидару

Живиця, яка після очищення містить 58-60% каніфолі, 40-49% скипидару і 0,8% води, поступає в каніфолеварильні апарати. Суть процесу уварювання каніфолі зводиться до відгонки з неї скипидару. Відгін скипидару від каніфолі повинен бути повним, тому що залишки скипидару різко знижують температуру розм'якшення каніфолі і надають їй липкості. Початкова температура кипіння скипидару (б-пінену) 156°С. Наявність каніфолі в живиці значно підвищує її температуру кипіння (залишки скипидару відганяються при температурі 250-300°С). Температури більше 230-250°С (температура розкладання каніфолі) неприпустимі при ведені відгону скипидару, тому що терпенові вуглеводні, які містяться в скипидарі, і смоляні кислоти, які входять в склад каніфолі, при таких температурах схильні до ізомеризації, що приводить до зниження їх якості. Для зниження температури відгону скипидару від каніфолі цей процес можна вести при зниженому тиску в системі, в струмені інертного газу (N2, СО₂ і ін.) та з водяною парою. На підприємствах найбільшого розповсюдження набув спосіб відгону з водяною парою.

Якщо нагрівати суміш двох або декількох взаємно нерозчинних рідин, то вони будуть перегонитися при температурі нижчій, як температура кипіння низько киплячого компонента суміші. Загальна пружність випарів буде складатися з парціальних тисків окремих компонентів суміші.

Таблиця 1

Пружність випарів води, скипидару і їх суміші при різних температурах

Пружність випарів, кПа	Температура, 0С
	0	20	40	50	60	70	80	90
Води (Рв) Скипидару (Рск) Суміші (Р0)	0,54 0,28 0,82	2,30 0,59 2,89	7,30 1,44 8,74	12,23 2,26 14,49	19,79 3,52 23,31	31,00 5,41 36,41	47,17 8,15 55,32	69,88 12,05 81,94
Пружність випарів, кПа	Температура, 0С
	100	110	120	130	140	150	160
Води (Рв) Скипидару (Рск) Суміші (Р0)	101,08 17,44 118,52	- 24,69 -	- 34,21 -	- 46,31 -	- 61,71 -	- 80,49 -	- 103,08 -

Шукана температура перегонки при даному тиску знаходиться з табличних даних лінійною інтерполяцією за формулою:

P_i - P_0(i-1)

t_і = t_i-1 + • (t_i+1 - t_i-1), (5.1)

P_0(i+1) - P_0(i-1)

де t_i -- температура кипіння суміші, °С;

t_i-1 - температура в таблиці при P_0(i-1) < P_i, °С;

t_i+1 - температура в таблиці при P_0(i+1) > P_i, °С;

P_i - тиск, при якому проводиться перегонка, кПа.

14 - 8, 74

t_і = 40 + • (50 - 40) = 49,15⁰С.

14, 49 - 8, 74



6. Визначення нагоішх кількостей компонентів при перегонці скипидару

У випадку двохкомпонентної системи відповідно до рівняння Ван-Кліна відношення мас рідин, що піддаються перегонці рівне відношенню добутків молекулярних мас на парціальним тиск цих рідин при температурі кипіння суміші. Застосовуючи це до суміші вода-скипидар рівняння буде мати наступний вигляд:

Q_в М_в • Р_в

= , (6.1)

Q_ск М_ск • Р_ск

де Q_в і Q_ск-- відповідно маси води і скипидару в суміші випарів, кг;

М_в і М_ск - відповідно молекулярна маса води і скипидару;

Р_в і Р_ск - відповідно пружність випарів води і скипидару в чистому вигляді при температурі кипіння суміші, кПа.

Молекулярна маса води рівна 18, а скипидару - 136. Пружність випарів води і скипидару при температурі кипіння суміші, розраховується за лінійною інтерполяцією за формулою:

t_і - t_і-1

P_i = P_0(i-1) + • (P_0(i+1) - P_0(i-1)), (6.2)

t_i+1 - t_i-1

де Р_і - пружність випарів шуканої речовини в чистому вигляді, кПа;

t_і - температура кипіння суміші, °С;

t_і-1 - попереднє менше табличне значення температури перед значенням температури кипіння суміші, °С;

t_i+1 - наступне більше табличне значення температури за значенням температури кипіння суміші, °С;

P_0(i-1) - пружність випарів шуканої речовини при табличному значенні температури меншому за температуру кипіння суміші и (t_i-1), кПа;

P_0(i+1) - пружність випарів шуканої речовини при табличному значенні температури більшому за температуру кипіння суміші (t_i+1), кПа.

49,15 - 40

P_в = 7,30 + • (12,23 - 7,30) = 11,81 кПа

50 - 40

49,15 - 40

P_ск = 1,44 + • (2,26 - 1,44) = 2,19 кПа

50 - 40

Тоді:

Q_в 18 • 11,81

= = 0,71.

Q_ск 136 • 2,19

Відгін скипидару з живиці й уварювання каніфолі здійснюють у каніфолеварильних колонах безперервної дії. Рідше застосовують каніфолеварильні куби періодичної та безперервної дії.



7. Визначення продуктивності охолоджувача каніфолі

живиця каніфоль скипидар терпентин

Аморфний склоподібний стан каніфолі з характерним зламом пояснюється тим, що утворений в процесі її отримання сплав смоляних кислот при швидкому охолодженні застигає, не встигаючи за кристалізувати-ся. Утворення кристалічної форми каніфолі вкрай небажане.

Найбільшу схильність до кристалізації вона має при температурі 80-120°С. До того ж, при температурі 80°С кристали смоляних кислот випадають у вигляді лінз, при 90-100°С - у вигляді трикутників, при 110-115°С - прямокутників і квадратів. При температурі нижче 80°С каніфоль стає дуже в'язкою і кристалізація практично не відбувається, а при температурі вінце 125°С кристали знаходяться в розплавленому стані і кристалізація неможлива.

Якщо зразу товарну каніфоль розлити в тару (бочку), то в її середині каніфоль буде зберігати температуру сприятливу для її кристалізації. Тому

Барабанний охолоджувач каніфолі: 1 - охолоджувальний барабан; 2 - підшипник; 3 - сальник; 4 - пустотілий вал; 5 - розбризкувач води; 6 - шків; 7 - ванна для каніфолі; 8 - регулювальний болт; 9 - станина; 10 - ніж; 11 - охолоджена каніфоль

при розливі каніфолі необхідно забезпечити практично миттєве охолодження її до температури нижче 80°С.

Швидке охолодження гарячої каніфолі проводять па охолоджувальних барабанах, які виготовляються переважно з листової міді. Для кращого охолодження вода подасться безпосередньо на внутрішню стійку барабана за допомогою спеціального розпилювача. Частота обертання барабана регулюється за допомогою редуктора варіатора; при оптимальних умовах роботи вона складає 4-6 хв^-1. Продуктивність (кг/год.) такого охолоджувача визначається за формулою:

60 • р • D • l • д • n • с_к

Q = , (7.1)

10⁶

де D - діаметр барабана, мм (750 мм);

l - довжина барабана, мм (880 мм);

д - товщина шару каніфолі, що захоплює барабан з ванни, залежно від температури каніфолі і охолоджувальної води, мм (0,8-2,0 мм);

n - кількість обертів барабана в хвилину, хв^-1;

с_к - густина каніфолі, т/м (1,08 т/м ).

Практично на кожну каніфолеварильну колону необхідно встановлювати 3-4 барабани.

60 • 3,14 • 750 • 880 • 1,4 • 5,1 • 1,08

Q = = 958, 84 кг/год.

10⁶



8. Заходи щодо очищення стічних вод і газових викидів

Об'єм стічних вод при переробці живиці на каніфольно - терпентинних заводах невеликий і складає 1м³ в перерахунку на одиницю товарної продукції. В основному стічні води утворюються на стадії відстоювання живиці від сміття і води, а також від миття бочок. Проте забрудненість стічних вод вельми велика (забрудненість по ХПК 18000 - 20000м²/л). Стічні води мають високу кислотність: рН = 1,3 - 2,3. При обробці цих вод гашеним вапном їх забрудненість зменшується в 2 - 3 рази, в основному за рахунок випадання в осад резинату кальцію і обсорбції інших стальних речовин на поверхні осаду і гідроокису кальцію. Стічна вода з виділенням уварювання каніфолі складає другу частину всіх стоків каніфольно - терпентинових заводів і являє собою підскипидарену воду флорентини. Ця вода має ХПК 2000 - 4000 м²/л і містить в основному емульгований скипидар.

Враховуючи невеликі об'єми стічних вод остаточне очищення їх на каніфольно - терпентинних заводах часто ведуть методом встановлення в циклонних топках.

Газові викиди від апаратів забруднені парами скипидару. Проте низька пружність парів скипидару і невелике повітря, що виходить, обумовлюють невисоке забруднення повітря і практично гранично допустиму концентрацію (ГДК) для скипидару, рівну 300 мг/м³.

Для забезпечення очищення газових викидів і глибокого витягання скипидару на повітряних лініях встановлюють або могутні кінцеві холодильники, або скрубери, зрошувані мінеральними маслами.



Список використаної літератури

1. Бехта П.А., Козак Р.О., Тушницький О.П. Комплексна хімічна переробка деревини. Навчальний посібник. Львів: УкрДЛТУ, 2003. 178 с.

2. Технология лесохимических производств. Учебник для вузов / Выродов В.А., Кислицын А.Н., Глухарева М.И. и др. М.: Лесная промышленность, 1987. 352 с.

3. Никишов В.Д. Комплексное использование древесины. - М.: Лесная промышленность, 1985. 263 с.

4. Дубин З.Ю. Смоло-скипидарное производство. Издательство «Лесная промышленность», 1966.

Размещено на Allbest.ru

...