Альтернативные источники получения сырья для биодизеля

Введение

 

 

Источником получения группы важных сырьевых продуктов, используемых для  производства ряда органических химикатов  разнообразного назначения, может служить  таловое масло – побочный продукт  переработки древесины на целлюлозно-бумажных комбинатах, отличающееся низкой стоимостью, доступностью и возобновляемостью. Оно содержит в своем составе: жирные и смоляные кислоты, неомыляемые вещества.

Таловое масло в виде смеси смоляных и  жирных кислот находит специальное  применение: при взаимодействии с  многоатомными спиртами (гликолем, глицерином, пентаэритритом) образует эфиры, а также модифицированные (фталевым ангидридом, малеиновой кислотой) алкидные смолы, используемые в качестве составной части лаков, клеев, линолеумов, типографических красок, заменителей  высыхающих и полувысыхающих масел (льняного, периллового) для получения пленкообразователей.

Неомыляемые вещества являются важным средством для лечения и предупреждения атеросклероза и гипертонии, а также могут быть использованы при изготовлении косметических кремов и медицинских мазей.

Существует  множество методов разделения таллового масла, которые основаны либо на физических, либо на химических свойствах извлекаемых веществ. Каждый из методов позволяет получать определенную группу веществ, поэтому для более полного разделения методы комбинируют.

Целью настоящего курсового проекта была разработка принципиальной технологии извлечения части лигнина и получение  сырого талового масла из лигносодержащего отхода (ЛСО) с использованием бутилового спирта в качестве растворителя.

 

1 Технологическая часть

 

 

1.1 Состав исходного сырья

 

Сырой ЛСО  представляет собой естественную смесь  талового масла, лигнина и влаги. Групповой состав масла зависит  от природного состава перерабатываемой древесины при производстве сульфатной кислоты.

1) Смоляные кислоты – высокомолекулярные непредельные кислоты циклического строения. К основным относятся абеитиновая и пимариновая кислоты.

2) Жирные  кислоты – высокомолекулярные  в основном ненасыщенные карбоновые  кислоты линейного строения с  различной степенью непредельности. К основным относятся олеиновая, линолевая, линоленовая кислоты и их изомеры. Имеется незначительная примесь предельных кислот - пальмитиновой, стеариновой и др.

3) Неомыляемые вещества – алифатические углеводороды, терпеновые соединения, фенолы и другие вещества.

4) Лигнин  – природный полимер, входит  в состав почти всех наземных  растений и по распространенности  среди природных высокомолекулярных  соединений уступает только полисахаридам.  Лигнин расположен в клеточных  стенках и в межклеточном пространстве  растений и скрепляет целлюлозные  волокна. Вместе с гемицеллюлозами  он определяет механическую прочность  стволов и стеблей. Молярная  масса от 1 до 150 тыс. Лигнин не  токсичен и не растворим в  воде.

5) Бутиловый  спирт: молярная масса 74,12, температура  кипения 117,6 ^оС, плотность при 20 ^оС – 0,8090 г/см³.

 

1.2 Физико-химические свойства веществ

 

1) Вода

Давление  насыщенных паров и теплоемкость воды при различных температурах представлены таблице 1.

 

Таблица 1 – Давление насыщенных паров и  теплоемкость воды при различных  температурах [1]

 

Температура, оС	Давление, МПа	Теплоемкость, кДж/кг∙ оС
1	2	3
20	0,002	5,19
40	0,007	5,12
60	0,020	5,07
80	0,047	5,03

 

1	2	3
100	0,100	5,00
120	0,196	5,00
140	0,357	5,00
160	0,611	5,03

 

Плотность и теплота парообразования воды при различных температурах представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Плотность и теплота парообразования  воды при различных температурах [1]

 

Температура, оС	Плотность, кг/м3	Теплота парообразования, кДж/кг
20	997,9	2453,8
40	978,4	2406,5
60	958,8	2358,4
80	939,1	2308,9
100	919,3	2257,2
120	899,1	2202,9
140	878,1	2144,9
160	857,1	2082,2

 

2) Бутанол

Плотность бутанола при различных температурах представлена таблице 3.

 

Таблица 3 – Плотность бутанола при различных  температурах [1]

 

Температура, оС	Плотность, кг/м3
20	997,9
40	978,4
60	958,8
80	939,1
100	919,3
120	899,1
140	878,1
160	857,1

 

Теплоемкость  газообразного бутанола при различных  температурах представлена в таблице 4

 

Таблица 4 – Теплоемкость газообразного бутанола при различных температурах [1]

 

Температура, оС	Теплоемкость, кДж/кг∙ оС
0	1,24
100	1,64
200	2,03
300	2,41
400	2,78
500	3,14
600	3,50

 

Коэффициенты  Антуана для бутанола и воды представлены в таблице 5.

 

1.3 Обоснование выбора технологической схемы

 

Выбор технологической  схемы в основном определяется вопросами  экономии, безопасности, доступности  и зависит от состояния технического развития данной отрасли промышленности.

Для отделения  бутанола с водой от тяжелых компонентов  талового масла используется процесс неполной конденсации в вертикальном сепараторе.

Для удаления из бутанола большей части воды используется ректфикационная колонна азеотропной осушки. В качестве контактных устройств используются однопоточные клапанные тарелки. Они обладают высокой производительностью, низким сопротивлением потоку газов и малым временем пребывания жидкости на тарелке.

В качестве охлаждающего агента на установке используется оборотная вода и воздух. В качестве греющего агента - водяной пар.

С целью  недопущения захолаживания аппаратов в холодное время года аппараты снабжены слоем теплоизоляции.

 

1.4 Описание технологической схемы

 

Технологическая схема регенерации алифатического растворителя отходов таловых масел  изображена на рисунке 1.

ЛСО поступает  в емкость Е1, откуда насосом Н1, предварительно пройдя тройник смешения, куда подается возвратный и свежий бутанол из емкости Е2, подогревается  в теплообменнике Т1 и направляется на стадию разделения в отстойник  Е3. Основная масса лигнина, предварительно охладившись в теплообменнике Т2 и пройдя центрифугу, отправляется на осушку. Жидкая фракция с центрифуги, смешиваясь с основным потоком сырого талового масла подается в подогреватель Т3, а затем на выделение бутанола и воды в колонну однократного испарения К1, с куба которой основная масса сырого талового масла уходит на дальнейшую переработку, предварительно охладившись в теплообменнике Т6. Температура в кубе колонны поддерживается с помощью испарителя Т5. Бутиловый спирт с водой конденсируется и охлаждается в конденсаторе-холодильнике Т4 и собираются в емкости Е4. Затем смесь, пройдя подогреватель Т7, поступает в ректификационную колонну К2, где происходит разделение бутанола и воды. Температура в кубе колонны поддерживается с помощью кипятильника Т9. Основная масса азеотропа уходит сверху колонны, конденсируется и охлаждается в конденсаторе-холодильнике Т8 и попадает в отстойник Е5. Из емкости Е5 вода уходит на дальнейшую очистку, а бутиловый спирт подается виде орошения в колонну К2.

 

1.5 Материальный баланс

 

Мощность установки составляет 25000 т/год по ЛСО

Рассчитываем  часовую производительность установки.

Принимаем 335 – количество рабочих дней в году;

30– простой оборудования в ремонте, дни.

Тогда часовая производительность составит:

П=25000/(365-30)/24·1000 = 3109,45 кг/ч.

 

Материальный  баланс установки представлен в таблице 5.