Производство таксифолина

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования  
«Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

По дисциплине: Основы проектирования предприятия

 

Тема: Производство таксифолина

 

 

 

 

                                       

                                                                      Выполнил студент 

Гильмутдинов А.А.

                                            Группа: 228-361

                                                             Факультет: Механический

                                         Шифр: 208-665

 

 

 

 

 

Казань 2013

Производство таксифолина

 

Долгое время считалось, что  таксилофин (дигидрокверцетин) содержится только в дорогостоящем сырье - цитрусовые, косточки винограда, софора японская, лепестки розы, стебли гингко билоба. Однако, ввиду дороговизны этих растений и их малой массы производство целебной субстанции и, соответственно, выпуск на ее основе фармацевтических препаратов был очень дорогостоящим и малорентабельным. И это длилось вплоть до появления методик извлечения таксилофин (дигидрокверцетина) из древесины хвойных пород.

Таксилофин (дигидрокверцетин) высокой степени чистоты представляет собой белый кристаллический порошок. Аморфная структура и наличие окраски свидетельствует о присутствии посторонних примесей.

 

Технологию производства таксилофина  можно представить следующими этапами:

 

1. Подготовка сырья:

 

а) Пни (комлевая часть) даурской лиственницы поставляются на завод из северных районов Амурской области в течение зимних месяцев года, когда идет активная заготовка древесины в лесной отрасли. Сырье накапливается в хранилище. Влажность древесины должна быть на уровне 60%.

 

б) Перед поступлением в рубительную машину (рис. 1) производится распиловка пней даурской лиственницы, удаление коры. Затем на специальной древесно-стружечной установке древесина перерабатывается в щепу.

 

 

Рисунок 1. МАШИНЫ РУБИТЕЛЬНЫЕ МР2-20, МР2-20Н

 

в) Щепа подается в накопительной  бункер.

Накопительный бункер рассчитан на сменный или двусменный запас щепы. При хранении щепа слеживается, образуя своды, что затрудняет выгрузку ее из бункера. Подают щепу на транспортеры через дисковый питатель, который устанавливается под конусом бункера.

Транспортировка щепы от рубительных машин до бункера и из бункера на экстракцию, равно как и удаление обессмоленной щепы из цеха, производятся скребковыми и ленточными транспортерами, а для передачи вверх применяются ковшовые элеваторы и пневматические транспортеры.

Выбор того или иного вида транспортировки осмольной щепы определяется сложностью устройства этих механизмов и расходом энергии.

Запас щепы перед экстракционной установкой сохраняется в бункере, который изготовлен из конструктивной стали или железобетона. Внизу как прямоугольные, так и цилиндрические бункера имеют конус с задвигающимся отверстием.

 

2. Экстракция древесной  щепы.

В промышленной практике применяются три основных способа  экстракции древесной щепы: периодический, батарейно-противоточный и непрерывный. При каждом из них можно экстрагировать смолистые вещества при атмосферном или повышенном давлении, низкой или повышенной температуре, с циркуляцией, рециркуляцией растворителя или возвратом его в аппарат при дефлегмации и т. д.

1. Периодический способ

Сущность этого способа состоит в том, что порцию сырья заливают растворителем. В течение определенного времени растворитель настаивают на сырье. Смолистые вещества из осмольной щепы переходят в раствор, образуя мисцеллу. Аппараты, в которых происходит извлечение экстрактивных веществ, называются экстракторами. Они представляют собой цилиндрические сосуды с верхним и нижним конусами, с верхней и нижней горловинами для загрузки и выгрузки щепы. Если экстракцию ведут с подогревом, то внутри экстрактора имеются змеевики для нагрева растворителя и щепы. Чтобы щепа не попадала на змеевики, устроен внутренний нижний конус, или ложное днище, по всему сечению экстрактора, а для выгрузки щепы есть боковой люк. Часто подогрев циркуляционных растворов производят в выносных подогревателях, которые придаются каждому экстрактору. В верхнюю горловину вставлен сетчатый патрон для предохранения коммуникации от древесной пыли, которая отмывается от щепы растворителем или уносится с паром при отгонке впитанного растворителя от щепы.

Для более полного  извлечения смолистых веществ проводят пять-шесть последовательных экстракций. Две-три последние экстракции предназначены  для того лишь, чтобы смыть с  поверхности щепы смолистые вещества, которые были извлечены при первых экстракциях из внутренних вместилищ. В итоге получается большой объем мисцеллы со сравнительно низким содержанием смолистых веществ.

Более эффективной является экстракция с возвратом растворителя на орошение щепы. Такой прием работы называется дефлегмационным способом экстракции. При этом способе сокращается время оборота экстрактора до 8—10 часов и расход пара на переработку мисцеллы, так как концентрация смолистых веществ в ней повышается до 70—80 г/л вместо 50 при периодической экстракции настаиванием.

2. Батарейно-противоточный метод экстракции

При этом способе растворитель непрерывно проходит через несколько последовательно  соединенных экстракторов, которые  называются батареей. Растворитель подают в экстрактор со щепой, уже подвергавшейся экстракции. Она содержит незначительное количество смолистых веществ и обрабатывается чистым и, следовательно, наиболее активным растворителем. Проходя по батарее экстракторов, растворитель насыщается смолистыми веществами и выходит в виде мисцеллы из того экстрактора, в который загружена свежая щепа. При движении растворителя по батарее по принципу противотока создаются благоприятные условия для извлечения смолистых веществ. Экстрактор, в который подается растворитель, называется хвостовым, а тот, из которого сливается мисцелла,— головным. В хвостовом экстракторе давление составляет 4—5 атм и поддерживается наиболее высокая температура растворителя (130—140°). Первоначально растворитель подогревают в батарейном подогревателе или теплообменнике, который устанавливается после батарейного насоса, подающего растворитель на экстракцию. При движении по экстракторам растворитель подогревается в выносных подогревателях, которые имеются у каждого экстрактора. В головном экстракторе, а также и в первом от него при переработке влажного осмола щепа подсушивается путем кипячения канифольных растворов в этих экстракторах. Вместе с мисцеллой из головного экстрактора выходят пары воды и растворителя. Пары от мисцеллы отделяются в сепараторе. Из хвостового экстрактора, отключенного от батареи, сливают обратный слив, в котором содержится 8—10 г/л канифоли. Обратный слив снова подают на экстракцию в хвостовой экстрактор в первую половину рабочего периода, когда головной экстрактор со свежей щепой заполняется протекающими по батарее канифольными растворами (мисцелла в это время не сливается). Во вторую половину рабочего периода в батарею подают рабочий растворитель и сливают из, головного экстрактора мис-целлу с содержанием канифоли 70—90 г/л. Количество мисцеллы 1,5—1,8 г с 1 м2 щепы, находящейся в экстракторе (жидкостной модуль по мисцелле 1,5—1,8). После слива растворителя отключенный от батареи экстрактор ставят на отдувку растворителя, впитанного щепой. Отдувку производят острым паром, как и в периодически действующих экстракторах. Щепу загружают в экстрактор с ленты транспортера, а выгружают в бункер, из которого отработанная щепа поступает на дальнейшую переработку или используется в качестве топлива в котельной для получения пара. Число экстракторов в батарее от 6 до 10. При большом числе экстракторов в батарее создается значительное сопротивление для передвижения растворителя и требуется высокое избыточное давление, при котором замедляется процесс экстракции в силу большого гидравлического сопротивления, преодолеваемого веществами при выходе их из щепы. В настоящее время на канифольно-экстракционных заводах применяют батареи из 6 экстракторов, разделяя батареи из 10 экстракторов и устанавливая 2 дополнительных аппарата. При батарейно-противоточном методе экстракции получают более высокий коэффициент извлечения смолистых веществ, а именно: 80—85%, вместо 75—80% при периодической экстракции; более концентрированную мисцеллу, при этом уменьшается количество растворителя, находящегося в производстве, и сокращается время экстракции.

Объемный расход растворителя при батарейно-противоточном методе экстракции: 1) на пропитку щепы 20—25% от объема, занимаемого щепой; 2) на заполнение промежутков между щепой 50—55% от объема, занимаемого щепой, и 3) на заполнение вредного пространства (верхняя горловина экстрактора, трубчатый подогреватель, пространство под ложным нижнем конусом, примыкающая к батарее коммуникация, и др.) 5—7% от объема щепы. Всего требуется растворителя около 80—82%' от объема загруженной в экстрактор щепы. Количество растворителя, сливаемое с мисцеллой, определяют по формуле

Vu=Va-(V„+Vc),

где:

Vu—объем мисцеллы;

Va —общий расход растворителя  па экстрактооборот; Vm — объем  растворителя, впитанного щепой; Vc —растворитель,  ушедший из экстрактора с парами  сушки.

При подсушке щепы в головном экстракторе вода отгоняется с растворителем в соотношении 1:6.кг,

Батарейно-дефлегмационный  способ экстракции

При первой и второй экстракциях щепа в экстракторе полностью покрывалась растворителем. Проводилось энергичное кипячение растворителя, вместе с парами которого отгонялась вода (сушка щепы). Для последующих экстракций в экстрактор подавали растворитель до уровня ложного днища. При кипячении пары бензина проходили через слой щепы, частично конденсировались при этом и стекали вниз, извлекая из щепы смолистые вещества. Щепа выполняет в этом процессе роль насадки, которая орошается конденсатом растворителя.

К преимуществам периодического дефлегмационного способа экстракции относятся: 1) сокращение объема бензина и 2) уменьшение времени  экстракции.

Дальнейшим совершенствованием процесса экстракции является разработка батарейно-дефлегмационного метода, в котором сочетается батарейно-противоточная экстракция с непрерывным орошением осмольной щепы флегмой (чистый растворитель) при температуре кипения.

В процессе экстракции растворитель разделяется на две фракции: высококипящую (выше 100°) и низкокипящую (80—100°). Первую фракцию используют для экстракции свежей щепы с удалением из нее влаги (головная часть батареи), а вторую— в хвостовых экстракторах, что облегчает последующую отдувку растворителя из щепы.

Растворитель подают в батарею экстракторов через  оросительные кольца, имеющиеся в  верхней части каждого экстрактора. При этом на свежую щепу растворителя подается меньше, а в хвостовую часть батареи — больше. Количество отгоняемого бензина из экстракторов возрастает от хвостового к головному для повышения концентрации канифоли в мисцелле.

3. Непрерывные методы экстракции

Непрерывные методы широко применяются при экстракции различных веществ из растительного сырья (маслоэкстракцион-ная промышленность, химико-фармацевтическая, сахарная и др.). Эти методы характеризуются высокой производительностью, принципом противотока, механизацией трудоемких по-грузочно-разгрузочных операций, автоматическим управлением производственным процессом, меньшими капитальными и эксплуатационными затратами на единицу продукции.

Многочисленные непрерывнодействующие  экстракционные аппараты работают по принципу орошения сырья растворителем, погружения сырья в противоточно движущийся растворитель, экстракции — фильтрации. Изучение опыта работы смежных экстракционных производств позволяет сделать вывод о том, что наиболее пригодными для экстракции бензином смолистых веществ из осмольной щепы разных размеров, а также из волокнистой массы грубого помола (6—7°ШР) являются шнековые экстракторы системы Гильдебрандта. Эти аппараты работают по методу погружения сырья в растворитель и широко применяются в маслоэкстракционной промышленности. Шнековая экстракционная установка состоит из четырех основных частей: загрузочной колонны, поперечно-соединительного звена, экстракционной колонны и испарителя.

На крупном заводе «Аметист» применяется спиртовая экстракция древесной щепы.

Экстракцию проводят этиловым спиртом (20% раствор) в экстракторе при непрерывном помешивании пульпы. По окончании экстракции спиртовый раствор подается на вакуумную отгонку растворителя. Обессмоленная масса после экстракции (НБД) - нативная форма биополимера древесины) с остаточной влажностью 10% затаривается в мешки для продажи комбикормовым заводам или на очистные сооружения пищекомбинатов.

 

Изобретаются также  новые технологии и например в  патенте  № 72889 «Способ экстракции щепы лиственницы» представлена двухступенчатая экстракции - водой и черным щелоком. 

Способ включает использование  трех котлов периодического действия для сульфатной варки, последовательно связанных между собой по жидким фазам, проведение в них двухступенчатой экстракции - водой на первой ступени и черным щелоком ( консистенция из золы, настоянной на воде) - на второй, при этом водный экстракт выводят из котлов путем его вытеснения черным щелоком, а черный щелок выводят его вытеснением варочным раствором. 

В способе экстракции щепы лиственницы  с использованием варочного котла периодического действия и варочного раствора, включающем загрузку котла щепой, заполнение жидкой фазой, ступень водной экстракции щепы с заданной ее длительностью, выведение экстракта из котла,  экстракцию щепы проводят в две ступени в трех последовательно связанных между собой по жидким фазам котлах, в качестве экстрагента на второй ступени экстракции используют черный щелок, при этом водный экстракт выводят из котлов путем его вытеснения черным щелоком, а черный щелок выводят путем его вытеснения варочным раствором. Длительность заполнения котла жидкой фазой и, соответственно, равная ей длительность замены в котле одной жидкой фазы вытеснением ее другой фазой равны длительности эффективной экстракции. Экстракцию проводят в автоматически управляемом режиме по сигналам датчиков заполнения котлов экстрагентами и варочным раствором, а также сигнала датчика загрязнения водного экстракта черным щелоком. Щепу после ее обработки экстракцией используют для варки целлюлозы, водный экстракт утилизируют, черный щелок второй ступени экстракции направляют в систему регенерации варочных химикатов.