Технология переработки живицы

      Технология  переработки живицы 
 
 

Содержание:

Введение

1. Технологическая цепь переработки живицы.
2. Описание технологии по этапам.

2.1 Плавление живицы

2.2 Очистка  живицы

2.3 Осветление живицы (очистка живицы кислыми реагентами)

2.4 Отгонка  скипидара от живицы и уваривание канифолии

2.5 Охлаждение  и разлив канифоли

2.6 Разлив скипидара

3. Изделия и их применение.

Заключение

Литература 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 
 
 
 

   

4. Технологическая цепь переработки  живицы.

      Живица  — смолистое вещество, образующееся в процессе жизнедеятельности хвойных деревьев Добывают живицу путем подсочки.  Наиболее пригодна для подсочки сосна обыкновенная.

      Вытекающая  при ранениях соснового дерева живица представляет прозрачную смолистую  жидкость с приятным сосновым запахом.  В ее состав входят смоляные кислоты, нейтральные вещества, терпеновые углеводороды. Вследствие испарения скипидара и кристаллизации смоляных кислот живица густеет, становится мутной, непрозрачной и вязкой, по внешнему виду напоминает засахарившийся мед.  Она всегда содержит примеси— сор и воду, при этом вода извлекает из сора водорастворимые танниды, красящие и другие вещества, которые смешиваются со смолистыми веществами и загрязняют их. Очистка живицы и ее переработка на канифоль и скипидар осуществляется в канифольно -терпентинном производстве.

      По  своему химическому составу сосновая живица представляет собой раствор смоляных кислот в скипидаре. Аморфная смесь смоляных кислот вместе с неомыляемыми веществами называется канифолью. Скипидар, как вещество легко летучее, отгоняется от живицы с паром, а остаток — смоляные кислоты сплавляются и увариваются путем нагрева до 160—170°.

      Переработка живицы начинается с очистки ее от механических примесей и воды, которые распределяются равномерно по всей массе вязкой живицы. Для того чтобы очистить живицу от этих примесей, необходимо прежде всего привести ее в текучее, жидкое состояние. Для этого живицу нагревают до 90—95°, что называется на заводах плавлением. Расплавленную живицу фильтруют и отстаивают от воды и сора. В процессе получения живица часто соприкасается с металлами, особенно с железом (приемники, шнек и т. д.), и становится темной или серой в силу образования солей смоляных кислот с железом. Химическую очистку живицы проводят кислыми реагентами. От очищенной живицы (терпентина) отгоняют скипидар, а затем уваривают канифоль. 

      Весь  технологический процесс переработки  живицы на канифоль и скипидар состоит из следующих основных  операций: 1) плавление; 2) очистка от сора и воды; 3) осветление живицы; 4)  отгонка скипидара; 5) уваривание канифоли.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Общая схема переработки  живицы на канифоль и скипидар 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

5. Описание  технологии по этапам.

 

      2.1 Плавление живицы

      Под плавлением живицы понимают нагрев ее до 90—95°. При этой температуре живица становится текучей, хорошо фильтруется и перекачивается по трубам насосами. Термин плавка живицы следует считать условным, так как температура плавления смоляных кислот значительно выше (160—220°), чем нагревается живица при плавке. Здесь имеет место только растворение кристаллов смоляных кислот в скипидаре.

      Плавят  живицу острым паром в плавильниках, которые имеют барботер и ложное днище. Отфильтрованный от живицы крупный сор выгружают через боковой люк. Внутри плавильник футерован кислотоупорным цементом. Лучше изготовлять плавильники из кислотоупорной стали. При плавке живица перемешивается острым паром, что устраняет перегревы, а острый пар, конденсируясь, промывает живицу, очищая ее от водорастворимых веществ, которые темнят канифоль. В процессе плавки содержание воды в живице увеличивается до 12—15%. Оборот плавильника с загрузочной емкостью на 3—3,5 т живицы (D = 2 м, Н = 2,6 м) составляет по времени (в минутах):

Загрузка     живицы      ..........5—10

Плавка                    ...............15—20

Подача расплавленной живицы в отстойники   5—10

Рис. Плавильник для живицы:

1 — кислотоупорная   обмуровка;      2 — загрузочный   люк;   3 — штуцер;    4 — барботер;   5 — решетка;   6 — пережимная   труба;   7 — смотровое стекло;   8 — люк  для   очистки   плавильника

      После каждых трех-четырех плавок, в зависимости от сорности перерабатываемой живицы, плавильник чистят, т. е. сор экстрагируют скипидаром, а затем скипидар от сора отгоняют острым паром. После этого сор выгружают из плавильника и приступают к следующей плавке. Чистка плавильника занимает 60—70 мин, а среднерасчетный оборот этого аппарата равен примерно 1 часу.

Рис. Шнековый плавильник непрерывного действия 

      Сор, выгружаемый из плавильника, содержит 20—25% канифоли, 5—7% скипидара (от веса абсолютно сухого обессмоленного вещества). В плавильнике остается 80% сора от содержащегося в живице, а 20% уходит с живицей в отстойники. В .процессе плавки вместе с парами воды при сдувке давления уходит в холодильник около 8% скипидара (от содержащегося в живице). Расход пара на плавку составляет 100—120 кг на 1 т живицы. 

2.2 Очистка живицы от сора и воды

      Крупный сор от живицы отделяется в плавильнике. От мелкого сора и воды живицу очищают путем отстаивания. Впервые этот способ применен во Франции в 1865 г. Для увеличения удельного веса живицы в нее добавлялся сероуглерод CS₂ (ρ = 1,262). Однако ядовитость и высокая летучесть этого вещества затрудняли использование его на заводах. Хорошим растворителем для живицы является спирт (ρ = 0,789), но растворимость его в воде снижает концентрацию этого растворителя при многократном обращении на производстве и вызывает необходимость укрепления его на ректификационных установках. Для искусственного увеличения разницы в удельных весах воды и живицы в последнюю добавляют скипидар, доводя содержание его до 30% (по чистой живице), и поваренную соль, чтобы образовался 10%-ный водный раствор с учетом общей влаги в живице после плавки.  
 

      Значения  удельных весов воды и живицы следующие:

      При температуре, °С;      20               90

      Живица  с 30%-ным содержанием скипидара    1,002         0,956

      Вода        0,998         0,966

      Вода  с 10%-ным содержанием NaCl     1,072         1.035 

      При отстаивании живицы при 90—95^е создается достаточная разница удельных весов, при которой живица очищается сравнительно быстро и полно. Скипидар и соль добавляются в плавильник вместе с загружаемой живицей. При отстаивании капельки воды в живице оседают вниз.

Слой живицы высотой в 1 м очищается от капелек воды за 4 часа.

Отстаивание живицы ведут в отстойниках. Вода и тяжелые землистые примеси оседают вниз. Чистая живица образует верхний слой. Между ними находится так называемый полезный отстой, который состоит из сора, воды и живицы примерно в равных весовых количествах. Полезный отстой направляется на дополнительное отстаивание, количество его обычно составляет 3—5% от живицы. Чистую живицу отводят из отстойников послойно по отводящим трубам на переработку.

      Отстойник внутри цементирован кислотоупорным материалом, а снаружи имеет хорошую тепловую изоляцию, чтобы живица при отстаивании не охлаждалась. Периодически действующие отстойники на заводах заменяются аппаратами непрерывного действия. В первую очередь используются имеющиеся отстойники, которые коммуницируются для последовательной работы с непрерывной выдачей очищенной живицы.  Возможна следующая  схема  работы.

В первый отстойник  живица поступает из плавильников. По отношению к другим он приподнят. Живица из этого отстойника, поступает во второй, а из второго в третий и т. д. В отстойниках поставлены перегородки, удлиняющие путь прохождения живицы. Из конусов отстойников периодически сливается отстой. 

2.3 Осветление живицы (очистка живицы кислыми реагентами)

      Живица  темнеет от соприкосновения ее с  железам в процессе добычи и при транспортировке шнеками и по трубопроводам. В результате образуются следующие темноокрашенные продукты:

      1) соли смоляных кислот с железом,  т. е. резинаты типа Fe(C₁₉H₂9C0₂)2;

      2)   более сложные соединения смоляных .кислот с железом в присутствии кислорода воздуха;

      3)   продукты взаимодействия железа  с таннидами, находящимися в соре живицы;

      4)   окисленные смоляные кислоты,  которых много находится в  баррасе.

      Химическую  очистку живицы на заводах производят суперфосфатной водной вытяжкой или непосредственно фосфорной кислотой.  Суперфосфатную вытяжку получают при кипячении суперфосфата с водой в соотношении 1:1. В раствор переходит Н₃Р0₄, а монокальций фосфат гидролизуется по уравнению

      Са (Н₂ Р0₄)₂ + 2 Н₂О → Са (ОН)₂ + 2 Н₃ РО₄.

      Количество вытяжки (в л), добавляемое к живице, определяется   так:

где:

      К—коэффициент,  значение  которого при  светлой  живице – 56 , а при темной — 102;

      Ж — загрузка живицы в плавильник в т; п — число  миллилитров 0,5н.  NaOH,  пошедшее  на  титрование 3 мл суперфосфатной вытяжки   (метилоранж).

      При   содержании  в   вытяжке   5—7%   Н₃Р0₄   добавляют   ее 30—40 л на  1  г живицы. Если применяют фосфорную кислоту, то  расход ее составляет 2—2,5   кг на  1   т живицы. Смоляные кислоты, связанные с железом, выделяются в свободном состоянии.  Соли  железа  с фосфорной  кислотой бесцветны  и  растворимы в воде. Они отделяются от живицы вместе с отстоем. Живицу  можно  очищать  и  бисульфатом   натрия.   Реакция   протекает следующим образом:

2 Fe (С₁₉ Н₂₉ СО₂)₂ + 4 NaHSО₄ →F е₂ (SO₄)₃ + Na₂SO₄+ 2 C_I9 H₂₉ COONa +

2 C_l9 H₂₉COOH + H₂. 

2.4 Отгонка скипидара от живицы и уваривание канифоли

      Из  отстойников очищенная живица поступает  в канифоле-варенные аппараты. Состав очищенной живицы (в %): канифоли 70—71, скипидара 29—30, воды не более 0,5. Скипидар от живицы необходимо отгонять при умеренных температурах, чтобы избежать изомерных превращений терпенов и смоляных кислот. Кроме того, при температуре около 300° смоляные кислоты разлагаются. Скипидар отделяют от канифоли полностью, чтобы не снизить температуру размягчения продукта и не получить липкую канифоль. Начальная температура кипения скипидара 156° (α-пинен). Присутствие в скипидаре твердой фазы значительно повышает температуру его отгонки от живицы. Так, если содержание канифоли равно 20%, то начальная температура кипения скипидара составит 161˚, при 50% канифоли в живице—168°, лри 70% —179°, при 85% — 195° и т. д. Остатки скипидара будут отгоняться при температуре около 250—300˚, что приведет к потемнению канифоли и понижению температуры размягчения вследствие образования жидких канифольных масел. Для снижения температуры отгонки скипидара от живицы можно применять перегонку: 1) с водяным паром; 2) под вакуумом; 3) в струе инертного газа (СО₂ и др.). На заводах скипидар от живицы отгоняют паром. При теоретическом насыщении паров воды парами скипидара при атмосферном давлении будет перегоняться 4 весовые части воды с 5 весовыми частями скипидара, или на 1 часть скипидара 0,8 части воды. При других давлениях будет изменяться температура перегонки и весовые соотношения.

      На  канифольно-терпентинных заводах отгоняют скипидар, пропуская водяной пар через живицу. Острый пар, проходя через живицу, образует благоприятные условия для испарения скипидара, который уходит вместе с парами воды. Скрытая теплота испарения скипидара сообщается глухим паром. Острый пар, если он не перегрет, практически в теплопередаче не участвует. Он хорошо перемешивает живицу и тем самым предохраняет ее от пригорания на змеевиках и содействует равномерному нагреву. На заводах для отгонки скипидара от живицы обычно применяют  пар с высокой температурой (170—180°). Количество паров скипидара, которое диффундирует и уносится с парами воды, при этом увеличивается. Кроме того, при повышении температуры перегонки увеличивается парциальная упругость паров скипидара и, следовательно, уменьшается расход водяного пара. Если перегонку вести при 150°, то упругость паров скипидара будет равна 606 мм рт. ст., а паров воды 760—605=155  мм.   Расход пара   на   1   кг  скипидара  составит: 155∙18  /605∙136   =0,034 кг, или соотношение воды и скипидара будет 1:30. Вышеуказанные соотношения перегоняющихся воды и скипидара являются теоретическими и предельными. Практически же эти соотношения бывают меньше, так как водяной пар уходит из канифолеваренных аппаратов не полностью насыщенным парами скипидара.  К мероприятиям, улучшающим насыщение паров воды парами скипидара, относятся: