Технологический процесс переработки живицы на канифоль и скипидар

 

 

2 Выбор и описание технологической схемы

Технологические схемы переработки живицы всех видов с целью получения канифоли и скипидара однотипны, но отличаются некоторыми параметрами процесса. Эти отличия обусловлены различиями в вязкости, плотности и температуре кипения веществ, входящих в состав живицы.

Технологический процесс переработки живицы на канифоль и скипидар состоит из следующих операций:

1. складирование, прием и первичная обработка сырья;
2. плавление и очистка живицы от механических примесей и воды;
3. осветление (обесцвечивание) живицы;
4. промывка терпентина;

5. отгонка скипидара;
6. уваривание и розлив канифоли.

В настоящее время на канифольно-терпентинных заводах широкое распространение получил бестарный способ хранения живицы в металлических емкостях, объемом от 100 до 2000 м3. Преимущества данного метода в том, что практически полностью исключаются потери живицы, все оборудование работает нормально, без перебоев, и тем самым позволяет значительно сократить межсезонный простой заводов.

Для перекачивания живицы используются бетононасосы, обеспечивающие производительность до 12 м3/ч и напор до 700 кПа. Данная конструкция позволяет перемещать мало текучие смеси, содержащие крупные твердые включения.

На большинстве заводов живицу плавят в аппаратах-плавильниках периодического действия вместимостью 5−6 м3. В плавильник живица подается из сборника. Контроль за объемом загружаемой живицы производится с помощью весомера или радиоизотопного уровнемера УР−8.

Плавильник непрерывного действия используется реже. Использование большого количества оборотного скипидара и наличие в конструкции четырех электроприводов приводит к повышению расхода тепловой и электрической энергии, а также к дополнительным потерям ценного продукта – скипидара. Существенным недостатком его является также жесткая зависимость от работы бетононасосов, подающих живицу. Все перебои и неравномерности в подаче живицы отражаются на работе плавильника, поэтому поддержание стабильного соотношения живицы, скипидара, фосфорной кислоты и катамина АБ затруднено.

Для повышения качества канифоли, главным образом цветности, живицу подвергают осветлению. На большинстве заводов осветление производится химическим способом, путем воздействия на нее водным раствором ортофосфорной кислоты Н3РО4.операцию осветления живицы совмещают с процессом ее плавления.

 

 

 

Отстаивание живицы ведут в отстойниках как периодического так и непрерывного действия. Наиболее надежным и хорошо зарекомендовавшим себя в эксплуатации является отстойник непрерывного действия конструкции М.К. Жлобо и П.П. Полякова (рисунок 2.1).

 

1; 2 − штуцера; 3 − сплошная перегородка; 4 − ситчатая перегородка; 5 − труба; 6 − выступы; 7 − затвор.

Рисунок 2.1. − Непрерывнодействующий отстойник для живицы.

При правильной работе отстойника живица, поступающая из него на переработку, практически не содержит сора даже в виде механических пылинок, а объем воды не превышает 0,6%. Использование отстойников непрерывного действия не только способствует повышению качества продукции, но и приводит к сокращению объема производственных помещений и росту производительности труда почти вдвое.

В процессе варения канифоли, пары скипидара и воды из верхней части колонны поступают в дефлегматор, где наиболее тяжелокипящие компоненты скипидара-конденсата и часть водяных паров конденсируются. Основная масса паров воды и скипидара после дефлегматора поступает в конденсатор-холодильник, из которого при температуре 20−25 ºС поступает во флорентину.

2.1 Устройство и принцип  действия кожухотрубчатого теплообменника

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей.

Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники − для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред. В соответствии с ГОСТ 15120−79 и ГОСТ 15122−79 кожухотрубчатые теплообменники и холодильники могут быть двух типов: Н − с неподвижными трубными решетками и К − с линзовым компенсатором неодинаковых температурных удлинений кожуха и труб. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может составлять 20−60 ºС, в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.

Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть одно-, двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников − также и из латуни. Распределительные камеры и крышки холодильников выполняют из углеродистой стали. Стандартный двухходовый по трубному пространству кожухотрубчатый холодильник изображен на рисунке 2.2.

1 – крышка распределительной камеры; 2 − распределительная камера: 3− кожух; 4 − теплообменные трубы; 5 − перегородка с сегментным вырезом 6 − линзовый компенсатор; 7 − штуцер; 8 − крышка.

Рисунок 2.2 − Кожухотрубчатый двухходовый (по трубному пространству) холодильник.

Кожухотрубчатые конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогрева жидкостей и газов за счет теплоты конденсации пара. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15121 − 79, конденсаторы могут быть двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. От холодильников они отличаются большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство. Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсатоотводчиками.

Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1,6−8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U−образными трубами.

На рисунке 2.3 изображен кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой, предназначенной для охлаждения (нагревания) жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку. Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ 14246−79, могут быть двух- или четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м.

Кожухотрубчатые конденсаторы с плавающей головкой (ГОСТ 14247−79) отличаются от аналогичных теплообменников большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство. Допустимое давление охлаждающей среды в трубах до 1,0 МПа, в межтрубном пространстве − от 1,0 до 2,5 МПа. Эти аппараты могут быть двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Диаметр кожуха от 600 до 1400 мм, высота труб 6,0 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 − крышка распределительной камеры; 2 − распределительная камера; 3 − кожух; 4 − теплообменные трубы; 5 − перегородка с сегментным вырезом; 6 − штуцер; 7 − крышка плавающей головки; 8 − крышка кожуха.

Рисунок 2.3 − Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой.

Теплообменники с U-образными трубами (рисунок 2.4) применяют для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,4 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (одна трубная решетка, нет внутренней крышки), однако могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20х2 мм.

1 − распределительная камера; 2 − кожух; 3 − теплообменные трубы; 4 − перегородка с сегментным вырезом; 5 − штуцер

Рисунок 2.4 − Кожухотрубчатый теплообменник с U−образными трубами.

2.2 Описание технологической  схемы

Металлические бочки с живицей выгружаются их железнодорожных вагонов или автомашинах на открытую площадку отделения первичной обработки сырья с помощью электротали с кран-балкой 1. Каждую бочку взвешивают, после взвешивания живица выгружается в приемный бункер 2, затем попадает в живицемешалку 3. В ней она размешивается до однородного состояния, а при необходимости разбавляют оборотным скипидаром. Подготовленная живица бетононасосом 4 подается на переработку или в емкость безтарного хранения 5.

Плавление живицы осуществляется в плавильнике 6, в который одновременно с подачей живицы, из бака оборотного скипидара, подается расчетный объем скипидара, который облегчает процесс плавки и дальнейшую обработку живицы. Для повышения качества канифоли, главным образом ее цветности, живицу подвергают осветлению, как правило, химическим способом. В качестве осветляющего агента чаще всего используют ортофосфорную техническую кислоту, которую разбавляют до концентрации 8–12% и добавляют к живице при загрузке в плавильник. Для разрушения содержащихся в живице комплексов лигносульфонатов с непредельными терпеновыми соединениями, которые обладают высокими поверхностноактивными свойствами, используют деэмульгатор катамин АВ, который вводят в живицу на стадии плавления. Плавят живицу острым паром под давлением 400 кПа (4 атм.), подаваемым в барбатер в нижнюю часть плавильника. Острый пар нагревает живицу и перемешивает ее, что ускоряет процесс плавления. Недостатком применения острого пара является увеличение содержания воды в живице в следствие конденсация пара. Это приводит к эффективному экстрагированию водорастворимых веществ из сора, в результате чего происходит потемнение живицы. Процесс плавления считается законченным, когда температура расплавленной живицы достигает 100ºС, при этом живица становится хорошо текучей, легко фильтруется и транспортируется по трубопроводу с помощью насосов. После того, как давление достигнет 150 кПа. Подача пара в барбатер прекращается, а расплавленная живица под действием избыточного давления пережимается через ложное дно плавильника в буферную емкость 26 . Продолжительность процесса плавления составляет 30–35 мин. После каждых 4–5 плавок производится экстракция смолистых веществ из сора. После пережима от проэкстрагированного сора, острым паром отгоняют скипидар. Пары скипидара и воды конденсируются в холодильнике-конденсаторе 22, конденсат поступает во флорентину 23, где скипидар отделяется от воды и поступает в бак оборотного скипидара. Удаление проэкстрагированного сора осуществляется гидравлическим способом.

В процессе плавления живицы и ее перегонки через ложное дно в плавильнике удается отделить только крупный сор. Мелкий сор и вода остаются в живице. Основным способом отделения живицы от остатков сора и воды является отстаивание. Из буферной емкости горячая (92−95ºС) расплавленная живица поступает в отстойник непрерывного действия 28, где происходит быстрое отделение от живицы основной массы воогрязевого отстоя. Очищенная живица или терпентин подается на дополнительную промывку водой в специальный реактор  29, а затем на дополнительное отстаивание в отстойник 30.

Терпентин из отстойника 30, через фильтр 34 поступает в подогреватель 37,где он подогревается до t=160−1650С. Затем подогретый терпентин подается в верхнюю часть канифолеварочной колонны 38. Сущность процесса уваривания канифоли сводится к отгонке от нее скипидара. Отгонка скипидара от канифоли должна быть полной, так как остатки скипидара резко снижают температуру размягчения канифоли, придают ей липкие свойства. Из верхней части колонны пары скипидара и воды поступают в дефлегматор 41, где наиболее высококипящий компонент из скипидара и часть водяных паров конденсируются. Конденсат из дефлегматора 41 направляется во флорентину 43, через разделитель 42. Во флорентине  скипидар отделяется от воды и поступает в бак оборотного скипидара 16. Основная масса паров воды и скипидара после дефлегматора поступает в конденсатор-холодильник 44, откуда направляется во флорентину 45, где также происходит разделение на скипидар и воду. Далее скипидар попадает в приемник скипидара 46, откуда через соляноватный фильтр 47 поступает в сборник товарного скипидара  48.

Канифоль в расплавленном состоянии (t=170–175ºC) из нижней части колонны поступает в емкость 39, затем подвергается мгновенному охлаждению до t=80ºC, и направляется на розлив.

Технологическая схема канифольно-терпентинного производства представлена на формате А1.