Технологические расчеты канифольно-терпентинного производства Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов бакалавриата направления подготовки 18.03.01Химическая технология всех форм обучения

2.5.Отстаивание живицы на первой ступени декантации

Врезультате отстаивания кроме слоя разбавленной скипидаром живицы образуются плавающий и тонущий слои, которые содержат смолистые и летучие вещества в количестве 0,1 и 0,3 %, соответственно, от всех смолистых и летучих в живице, а терпентин содержит 0,7 % воды. Если количество терпентина принять как сумму канифоли и скипидара – 2752,6+2273,6 (допускаем, что в нижний слои попадает мало терпентина), то количество воды, уходящей с терпентином, – 35,2 кг/ч.

Оставшаяся вода – 532 – 35,2=496,8 кг/ч распределяется между плавающим и тонущим слоем.

Плавающий отстой содержит

1.канифоль – 35,8 %

2.скипидар – 22,1%

3.сор – 3,7 %

4.вода – 38,8 %

тогда канифоли –

скипидара –

сора –

воды –

Тонущий слой содержит канифоль и скипидар в соотношении: 1 к 3,7. Количество отстоявшейся воды = 496,8 – 1,8= 495 кг/ч. В ней находится (2758, 1+671)∙0,3/100 = 10,3 кг/ч смолистых, в которых 8,1 кг/ч канифоли и 2,2 кг/ч скипидара, а также сор 11,1 – 0,2 =10,9 кг/ч.

После 1-й ступени декантации выходит живица состава:

1. канифоль – 2752,6 – 8,1 – 2,1 = 2742,4 кг/ч

11

2.скипидар – 2276,8 – 2,2 – 1,3 = 2270,1 кг/ч

3.вода – 35,2 кг/ч

Всего – 5047,7 кг/ч

После первой ступени декантации живица поступает в смесители, куда подается флорентинная вода.

После промывки смешанный с водой терпентин поступает на вторую ступень декантации.

2.6. Промывка живицы

Так как после первой стадии отстаивания в живице содержится вода, в которой частично растворяется Н3РО4, вводимая на стадии плавления, для осветления живицы, а также другие минеральные кислоты.

Наличие минеральных кислот в живице, как известно, на стадии уваривания канифоли приводит к изомеризации смоляных кислот в абиетиновую. Практически установлено, что накопление в канифоли абиетиновой кислоты свыше 41–45 % от ее массы, как правило, приводит к кристаллизации канифоли. Для удаления минеральных кислот из живицы ее подвергают промывке водой.

Промывка живицы осуществляется в промывочном аппарате. Для обеспечения непрерывности процесса устанавливаются два аппарата. Промывочный аппарат-смеситель работает в следующем балансе времени.

1.Заполнение смесителя живицей и водой производится в течение 1 ч. Количество промывной воды составляет 10 % от массы живицы.

Слив всей массы из смесителя на вторую стадию декантации происходит в течение 1 ч.

Количество промывной воды (2742,2+2270,1)∙0,1 = 501,2 кг/ч.

Масса, поступающая из смесителя на вторую ступень отстаивания, состав-

ляет –2742,2+2270,1+35,2+501,2 = 5548,7 кг/ч.

Состав живицы из смесителя

1.канифоль – 2742,2 кг/ч – 49,4 %

2.скипидар – 2270,1 кг/ч – 40,9 %

3.вода – 35,2+501,2 = 536,4 кг/ч – 9,7 %

Всего: 5548,7 кг/ч – 100 %

2. Живица, поступающая на вторую ступень декантации, отстаивается от воды. Очищенная живица поднимается вверх и непрерывно отводится

12

из отстойника. Количество воды в живице, поступающей на перегонку, не превышает 0,5 %:

канифоль – 2742,1 кг/ч скипидар – 2270,1 кг/ч

вода – (2742,2+2270,1)∙0,5/100 = 25,1 кг/ч

2.7. Уваривание живицы

После промывки живица поступает на канифолеварочную колонну в количестве 2742,2+2270,1+25,1 = 5037,4 кг/ч.

Расход острого пара на отгонку скипидара от живицы составляет 2 кг на 1 кг скипидара 2270,1∙2 = 4540,2 кг/ч.

При уваривании живицы потери канифоли достигают 1 % от массы живицы и составляют 5037,4∙0,01 = 50,0 кг/ч.

Выход товарной канифоли 2742,2–50,0 = 2692,2 кг/ч.

Коэффициент выхода канифоли от исходного содержания ее в живице

2692,2/2758,1=97,6 %.

Потери скипидара по технологическому регламенту не должны превышать 0,5 % от массы живицы и составят 5037,4∙0,005 =25,2 кг/ч.

Выход товарного скипидара от исходной массы его в живице: (671,1–25,2)/ 671,1 = 96,2 %.

Уходящие в конденсатор-холодильник пары составят

1.скипидара – 2270,1–25,2 = 2244,9 кг/ч

2.воды – 4540,2+25,2 = 4565,4 кг/ч

3.оборотного скипидара – 2244,9 – (671,1–25,2) = 1599,0 кг/ч

2.8.Таблица материального баланса канифольно-терпентинного производства

на часовую производительность

13

Продолжение таблицы

14

Окончание таблицы

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Тепловой баланс на стадии плавления (с. 8). Расход острого пара на стадии уваривания канифоли (с. 13).

4. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА

Электротельфер

Н а з н а ч е н и е : поднятие и опрокидывание бочек с живицей над загруженным бункером живицемялки. Грузоподъемность – 0,5 т.

Электровибратор

Н а з н а ч е н и е : служит для выгрузки живицы в холодное время, подвешивается к электротельферу и лапами удерживает бочку за упоры. Используют вибратор, мощностью N около 0,6 кВт, с частотой n до

2800 об/мин.

Живицемялка

Н а з н а ч е н и е : размельчение живицы, создание однородной массы, удобной для транспортировки. Живицемялка двухвальцовая с редуктором РМ-350 и электродвигателем мощностью15 кВт, n = 1480 об/мин.

15

Транспортер для бочек

Н а з н а ч е н и е : подача бочек на гидравлическую мойку. Скорость движения цепи 2–3 м/с. Цепь: втулочно-роликовая.

Моечный аппарат для бочек

Н а з н а ч е н и е : для мойки бочек из-под живицы. Представляет собой камеру 1250, l=1750 мм, V = 1,5 м3. Производительность 20 бочек в час.

Цепной насос

Н а з н а ч е н и е : для транспортировки живицы из живицемялки в сборник живицы. Высота –Н = 7020 мм, диаметр трубы – 108 мм.

Бетононасос

Н а з н а ч е н и е : подача живицы из живицемялки в сборник живицы (запасной). Тип: стационарный бетононасос СБ-207 (БН-20). 20 м3/ч.

Сборник для живицы

Н а з н а ч е н и е : емкость для хранения запаcов и равномерной пода-

чи живицы. Техническая характеристика: прямоугольная стальная емкость,

(Q = 3350 мм, b = 3800 мм, h = 2700 мм, V = 24 м3).

Плавильник непрерывного действия

Н а з н а ч е н и е : плавление живицы с целью придания ей текучего состояния.

Конденсатор-холодильник

Н а з н а ч е н и е : конденсация и охлаждение паров воды и скипидара на стадиях плавления, экстракции и отдувки скипидара.

Флорентина

Н а з н а ч е н и е : непрерывный прием смеси скипидара и воды и их разделение.

Сборник оборотного скипидара

Н а з н а ч е н и е : сбор и хранение оборотного скипидара для разбавления живицы на стадии плавления и подачи его на экстракцию смолистых из сора.

16

Отстойник живицы непрерывного действия

Н а з н а ч е н и е : для отделения терпентина от воды и сора. Принцип работы отстойника подробно описан в учебнике [1]

Ловушка грязевая

Н а з н а ч е н и е : предназначена для сбора грязевого отстоя и отделения от него воды.

Реактор-промыватель

Н а з н а ч е н и е : предназначен для отмывки отстоявшегося терпентина от минеральных кислот. Аппарат имеет цилиндрическую форму, оборудован мешалкой.

Отстойник промывного терпентина

Н а з н а ч е н и е : конструкция и принцип действия аналогичны отстойнику для отделения терпентина от воды и сора.

Подогреватель терпентина

Н а з н а ч е н и е : служит для подогрева терпентина перед поступлением его в канифолеварочную колонну, от 80 до 160 °С.

Канифолеварочная колонна

Н а з н а ч е н и е : служит для уваривания канифоли и отгонки скипидара, описание дано в [1; 2].

Дефлегматор

Н а з н а ч е н и е : служит для охлаждения паров воды и скипидара, конденсации 10 % этих паров и доведения их до температуры 30 °С.

Флорентина

Н а з н а ч е н и е : служит для разделения готового скипидара и воды.

Соляно-ватный фильтр

Н а з н а ч е н и е : служит для удаления эмульгированной воды из товарного скипидара, как правило, представляет собой цилиндрическую емкость из кислотоупорной стали, заполненную слоями ваты и поваренной соли.

Вакуумный приемник уваренной канифоли

Н а з н а ч е н и е : устанавливается пара приемников, работают они попеременно по мере заполнения, рассчитаны на 2–4-часовую производительность канифолеварочной колонны по канифоли.

17

Мерник товарного скипидара

Н а з н а ч е н и е : служит для сбора и учета товарной продукции. Мерник товарного скипидара представляет собой емкость цилиндрической формы из кислотоупорной стали, рассчитанную на сменную производительность канифолеварочной колонны. Как правило, установлены два мерника товарного скипидара.

Все оборудование канифольно-терпентинного производства изготавливается из кислотостойкой стали.

Все подогреватели, коммуникационные линии подачи пара, плавильники, отстойники первой и второй ступени, промыватели, канифолеварочная колонна и приемник уваренной канифоли тщательно тепло изолируются.

5.РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ

5.1.Плавильник непрерывного действия

Плавильник непрерывного действия представляет собой теплообменник типа труба в трубе. Диаметр внутренней трубы определяется из расчета часовой производительности поступающей на переработку живицы, с учетом оборотного скипидара, необходимого для разбавления живицы до 40 % содержания его в ней. Из уравнения расхода

получим

где Dв – внутренний диаметр внутренней трубы, м; w0 – скорость движения разбавленной живицы по трубе, м/с (обычно принимается в пределах

0,01–0,02 м/с).

Высота плавильника (трубы) определяется из времени пребывания живицы в плавильнике, которое составит = 6–10 мин

Н=60∙w∙ = 6,0 м.

Диаметр наружной трубы принимается, Dн= (1,5–2) Dв.

18

5.2. Расчет непрерывнодействующих отстойников

Производительность отстойника определяется по уравнению

V0 = F0∙w0,

где Vo – объем отстоявшейся живицы, м3/с (принимается из материального баланса (см. таблицу)); F0 – площадь отстаивания, м2; w0 – скорость отстаивания, в данном случае, капелек воды, м/с, которая определяется по уравнению Стокса:

где d – диаметр капелек воды в пределах 1 мм; 1 – плотность воды, кг/м3;

2– плотность живицы при cответствующем содержании скипидара, кг/м3;

µ– динамическая вязкость живицы, Па∙с.

Все параметры выводятся при температуре отстаивания в пределах

80–90 °С.

Эти данные можно получить из табл. 4 и 5 учебника [1].

Определив w0 из выше приведенного уравнения и приняв из материального баланса, найдем, м3:

где ж – плотность живицы при температуре отстаивания, кг/м3; G – количество живицы, без учета воды и сора, кг/ч, поступающей на отстаивание,

После расчета площади отстаивания определяются основные конструктивные размеры отстойника.

Как правило, объем аппарата определяется на основании времени пребывания в отстойнике исходной массы, поступающей на декантацию живицы после плавильника (м3/ч) Vж.

Принимая время пребывания живицы в отстойнике за 24 ч, объем отстойника получим равным, м3

V=1,2Vж∙ .

Плотность живицы вместе с водой и сором принимаем равной плотности чистой живицы ж (кг/м3), что гарантирует запас объема аппарата.

19

Тогда

Зная величину F0 и принимая ширину b аппарата равной ½ длины l, вычислим его высоту, м

Отстойник (рис. 3) отделан изнутри диабазовой плиткой, снаружи покрыт теплоизоляцией, с температурой не выше 45 С, сверху отстойник герметически закрыт крышкой. При поступлении в отстойник живицы встречается сетчатая перегородка, погруженная на глубину 700 мм от крышки, для равномерного распределения направления потока вниз. При выходе живица встречает сетчатую перегородку.

Рис. 3. Пример отстойника

20