Канифоль

Содержание:

1. Введение.
2. Технология канифольно-экстракционного производства
1. Хранение и подготовка осмола
2. Методы экстракции
3. Переработка мисцеллы
4. Ректификация скипидара-сырца
3. Качество продукции
4. Применение
5. Литература

1. Введение.

  Основным  видом сырья для получения  экстракционной канифоли является пневый сосновый осмол. В процессе созревания осмола смоляные кислоты и терпеновые углеводороды, содержащиеся в сосновой древесине, подвергаются изомеризации и окислению, вследствие чего образуются новые химические соединения — окисленные смоляные кислоты и терпеновые спирты.   

Поэтому смолистые вещества, содержащиеся в  зрелом пневом осмоле, существенно отличаются как от первоначальных продуктов, содержащихся в древесине, так и от сосновой живицы. Экстракционная сосновая канифоль наряду с нормальными смоляными кислотами и нейтральными веществами содержит в отличие от живичной жирные кислоты (до 12%) и продукты окисления (2—10%). Наличие жирных кислот — характерный признак экстракционной сосновой канифоли. Их содержание тем выше, чем меньше возраст осмола. Содержание окисленных веществ, наоборот, увеличивается по мере созревания осмола.  

По  данным Д. В. Тищенко, при окислении  смоляных кислот в естественных условиях, в присутствии влаги и терпенов, являющихся переносчиками кислорода, одновременно протекают реакции  дегидрирования с образованием окисленных смоляных (колофеновых) кислот состава С₂оН₂б0₅ и С₂оН₂б0₆. Характерные особенности окисленных смоляных кислот — это высокая температура размягчения (90—100 °С), пониженное кислотное число (70—80) и темная окраска. Они нерастворимы в петролейном эфире и лишь весьма незначительно растворяются в бензине.  

Летучая часть смолистых веществ, вследствие длительного пребывания пней в земле  также претерпевает значительные изменения. Скипидар, извлеченный из осмола, характеризуется  меньшим по сравнению с живичным скипидаром содержанием пинена и повышенным Д³-карена. Кроме того, в нем содержатся незначительные количества высококипящих продуктов, в числе которых надо отметить терпеновые спирты и терпингидрат (продукт гидратации пинена) и др.  

Поэтому качество и относительные выходы отдельных продуктов канифольно-экстракционного  производства (канифоли, скипидара  и флотационного масла) сильно зависят  от характера исходного сырья. При  переработке свежих сосновых пней, содержащих повышенное количество жирных кислот, получается канифоль с пониженной температурой размягчения (46— 48 °С), скипидар с большим содержанием пинена и совсем не получается флотационного масла.  

Задача  канифольно-экстракционного производства, как показывает само название,— извлечение (экстракция) смолистых веществ — канифоли, скипидара и флотационного масла — из измельченного осмола.     

Приоритет в вопросе об использовании  осмола для экстракционной переработки принадлежит русским ученым. Идею такой переработки выдвигал еще Д. И. Менделеев, а в 1909 г. проф. Н. И. Курсанов впервые предложил промышленный метод переработки пневого осмола путем экстракции бензином. Этот метод в настоящее время применяется в канифольно-экс- тракционном производстве во всех странах.  

2. Технология  канифольно-экстракционного производства   

Технология  канифольно-экстракционного производства включает следующие основные стадии процесса: измельчение осмола в щепу; экстракцию смолистых веществ из щепы органическим растворителем (бензином); переработку бензиновых растворов  с целью получения товарных продуктов  и регенерации растворителя.     
   

2.1 Хранение и подготовка  осмола. Поступающий на заводы осмол укладывается для хранения на складе сырья. В настоящее время применяется кучевой метод хранения, при котором осмол с помощью козловых кранов укладывается в кучи. Ширина кучи в основании равна 28 м, высота 6 м. Действующими нормами допускается объем одной кучи до 50 тыс. м³ плотной древесины, однако практически он обычно составляет не более 10 тыс, м³. Между отдельными кучами должны быть противопожарные разрывы, составляющие между торцами куч 15 м, а между боковыми сторонами куч 25 м.  

Кучевое хранение осмола и использование  козловых кранов с грейферным захватом для его внутризаводской транспортировки  позволяет значительно сократить  площади складов сырья и механизировать трудоемкие работы по складированию  осмола и подаче его в производство.

Для бесперебойной  работы завода на складе сырья должен быть 2—3-месячный запас осмола. На складе осмола обычно укладываются железнодорожные  пути, по которым осмол подают в  отделение измельчения на специальных  вагонетках- платформах. При этом осмол одновременно учитывается по массе. Осмол можно транспортировать также конвейерами скребковыми желобчатыми цепными или ленточными.

При значительном удалении складов осмола он может  вывозиться автосамосвалами.   

Осмол может очищаться от земли гидравлическим и механическим способами. В условиях отечественных заводов, расположенных  в районах, имеющих большой период отрицательных температур, наиболее эффективным является способ механического  удаления земли и гнили.   

Основным  механизмом установки, работающей непрерывно, является реконструированный окорочный  барабан, серийно выпускаемый для  окорки балансов. В барабане изменена конструкция узлов выгрузки и  загрузки. Внутри барабана по винтовой линии установлен разгрузочный нож, размеры которого позволяют захватывать  поступающий осмол.

Загрузка  осмола в приемный бункер барабана проводится грейферным краном. При  вращении барабана осмол захватывается  разгрузочным ножом и перемещается по его плоскости в сторону  разгрузочного окна. При достижении разгрузочным ножом положения 60°  и выше от горизонтали куски осмола сваливаются с разгрузочного ножа на лоток, входящий внутрь барабана. В районе лотка на поверхности барабана предусмотрены окна для удаления отходов. Отходы через окна попадают в лоток для сбора отходов и конвейером подаются в разгрузочную тележку или бункер. Очищенный от балласта, гнили, заболони, песка и других примесей осмол подается пластинчатым питателем на бетонную площадку склада и краном формируется в кучу.

Осмол измельчают на дисковых или барабанных рубительных машинах в щепу, которую затем доизмельчают на молотковых дробилках. Для получения более однородной по размерам щепы ее сортируют. Крупная щепа направляется на доизмельчение. Образующаяся при измельчении осмола древесная и минеральная пыль отделяется на сортировке от щепы и удаляется при помощи аспирационных систем в специальные бункер.  

Полученная  в измельчительном отделении  щепа при помощи ленточного конвейера  и ковшового элеватора поднимается  в бункер экстракционного отделения, откуда поступает на загрузку в экстракторы. Выгружаемая из экстракторов отработанная (обессмоленная) щепа системой конвейеров направляется в котельную для сжигания; она может быть также использована для получения активных углей. Отработанная щепа содержит обычно 6—15 % воды и 3—5 % канифоли (от сухой обессмоленной древесины). Содержание летучих веществ (остатки бензина, масел) для безопасного сжигания щепы в топках должно быть не более 0,7 %.  

2.2 Методы экстракции. Смолистые вещества можно экстрагировать из осмола различными способами: периодическим, батарейно-противоточным, батарейно-дефлегмационным и непрерывным.  

Периодическая экстракция осмола сводилась к многократной обработке щепы свежим растворителем  и на практике больше не применяется.  

При батарейных методах экстракции различают  головной и хвостовой экстракторы. Головным называют экстрактор, в котором  содержится мисцелла наиболее высокой концентрации. Как правило, в таком экстракторе экстрагируется свежая осмольная щепа и из него ведут отбор мисцеллы. Хвостовым называют экстрактор, который содержит раствор с самой низкой концентрацией смолистых веществ. В хвостовом экстракторе находится наиболее проэкстрагированная щепа, сюда подается свежий растворитель.   

При батарейно-противоточной экстракции на свежую смолистую щепу подается прошедший батарею экстракторов раствор смолистых веществ, а на обессмоленную щепу — свежий растворитель. Иными словами, чем беднее смолистыми веществами щепа, тем меньше концентрация смолистых веществ в соприкасающемся с ней растворителе. Это обеспечивает достаточную разность концентрации в каждом экстракторе батареи.  

Сущность  батарейно-дефлегмационного метода экстракции заключается в следующем. В верхнюю часть экстракторов батареи, загруженных осмольной щепой, непрерывно подается горячий бензин (флегма), который орошает щепу и стекает в нижнюю часть экстракторов. В нижнюю часть экстракторов поступают пары растворителя, которые обеспечивают нагрев содержимого экстракторов, а также удаление воды, содержащейся в щепе.  

Непрерывный метод экстракции заключается в  том, что экстрагируемый материал непрерывно подается в один конец вертикального или горизонтального экстрактора, омывается растворителем по принципу противотока, отдает ему растворимые вещества и непрерывно выводится из другого конца экстрактора. Непрерывные методы экстракции не получали развития в канифольно-экстракционном производстве. 

  2.3 Переработка мисцеллы.   

Мисцелла, полученная в процессе экстракции, подвергается дальнейшей переработке, в ходе которой из нее регенерируется бензин, получается неосветленная канифоль и скипидар-сырец. Неосветленная канифоль выпускается как товарный продукт или, что целесообразнее, подвергается модификации или осветлению. Скипидар-сырец ректифицируют на двухколонном аппарате, отделяя бензин, товарный скипидар и флотомасло-сырец.   

Переработка мисцеллы и ректификация скипидара-сырца осуществляются на установках непрерывного действия .Раствор смолистых веществ (мисцеллу) из сборника 1 насосом 2 подают в трубчатый испаритель 3 (выпарной аппарат). В верхней, сепарационной, части испарителя, играющей роль небольшой исчерпывающей колонны, установлено пять тарелок колпачкового типа. Мисцелла поступает на верхнюю тарелку, откуда перетекает вниз на последующие тарелки.  

С последней тарелки раствор подается по циркуляционной трубе 4 в нижнюю часть аппарата. Нагреваясь в трубах, обогреваемых глухим паром давлением 80—100 кПа, раствор начинает кипеть и в виде парожидкостной смеси подниматься вверх в сепарационную часть выпарного аппарата. Отделившаяся жидкая среда вновь поступает в циркуляционную трубу, а пары бензина и скипидара поднимаются вверх, барботируя через стекающий по тарелкам более холодный раствор смолистых веществ. При этом пары скипидара (как вышекипящей жидкости) конденсируются и увлекаются раствором обратно. Пары бензина попадают в холодильник 5, где конденсируются; бензин поступает в сборник рабочего растворителя. Упаренный раствор смолистых веществ концентрацией 300—400 кг/м³ поступает по трубе 6 в исчерпывающую колонну 7, снабженную тарелками колпачкового типа и выносным трубчатым испарителем 8. В испарителе 8 происходит дополнительное упаривание растворов. Упаренный раствор канифоли в скипидаре - сырце с незначительной примесью тяжелокипящих хвостовых фракций бензина через бачок-регулятор 9 и регулирующий клапан 10 непрерывно отводится из нижней части исчерпывающей колонны 7 на дальнейшую переработку.  

Примесь скипидара к бензину не улучшает экстрагирующую способность последнего, но увеличивает содержание летучих в отработанной щепе и ведет к излишним потерям скипидара. Указанная конструкция испарительного аппарата позволяет снизить содержание скипидара в отгоняющемся бензине (рабочем растворителе) до 4—6 % при конечной концентрации упаренной мисцеллы 650—700 кг/м³.  

Отгонку скипидара-сырца и масел с получением неосветлен- ной экстракционной канифоли ведут в канифолеварочных колоннах, работающих под разрежением. В настоящее время широкое распространение получила спирально-щелевая канифолеварочная колонна, в которой растворы движутся сверху вниз по змеевикам, расположенным в виде спирали. В верхней части колонна снабжена сепаратором, где осуществляется отделение капель и брызг мисцеллы от паров. При уваривании канифоли под разрежением объем паров, проходящих через сепаратор, намного больше, чем в канифолеварочных колоннах, работающих при атмосферном давлении. Вследствие этого сепараторы вакуумных канифолеварочных колонн должны быть оборудованы высокоэффективными каплеуловителями. Применение простейших типов каплеуловителей-каплеотбойников, тарелок, насадки из колец Рашига и других приводит к значительным потерям канифоли со скипидаром-сырцом, величина которых может достигать 8—10 %. При последующей переработке скипидара-сырца эта канифоль получается в смеси с высококипя- щими терпеновыми углеводородами. Эта смесь под названием полимеры находит применение для получения антивибрационных смазок и эмульсола.  

2.4 Ректификация скипидара-сырца. Получение товарного скипидара из скипидара-сырца осуществляется на непрерывно- действующей двухколонной ректификационной установке.   

На  первую ректификационную колонну, имеющую 24 тарелки, подается скипидар-сырец, содержащий 30—40 % бензина плотностью 790—810 кг/м³. Колонна работает при атмосферном давлении и флегмовом числе 1—2. Температура в нижней части колонны поддерживается в пределах 168—172 °С. В процессе работы необходимо стремиться к тому, чтобы содержание бензина в продукте, отбираемом снизу колонны, было минимальным и во всех случаях не превышало 0,5—0,7%.  

С этой целью часто приходится идти на снижение чистоты отбираемой бензиновой фракции, сопровождающееся увеличением ее плотности. При этом содержание терпеновых углеводородов может достигать 10 %, что допускается по условиям технологии, так как количество бензина, отгоняемого при ректификации скипидара-сырца, невелико в сравнении с общим количеством оборотного растворителя.  

Скипидар-сырец  содержит терпингидрат, растворимость которого в терпеновых и алифатических углеводородах невелика. Чтобы избежать зарастания ротаметров кристаллами терпин- гидрата, необходимо подогревать скипидар-сырец, а ротаметры располагать между подогревателем и колонной.