СПОСОБ УВАРИВАНИЯ КАНИФОЛИ Российский патент 1997 года по МПК C09F1/00 

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам отделения летучих компонентов от нелетучего остатка в природных смесях сложного состава и может быть использовано в лесохимической промышленности для перегонки очищенной живицы (терпентина) с получение канифоли и скипидара.

Известен способ уваривания канифоли при атмосферном давлении [1]
Уваривание канифоли осуществляют периодически в кубах или непрерывно действующих канифолеварочных колоннах при температурах процесса 170-180^oC с присадкой перегретого острого пара. В этом случае с верха колонны отбирают пары скипидара и воды, которые после конденсации разделяют во флорентинских сосудах на скипидар и воду. С низу колонны выходит готовая канифоль, которую направляют на разлив. Для получения канифоли требуемого качества необходимо отогнать из терпентина летучие компоненты до остаточной доли их в канифоли не более 0,2% При известных условиях канифолеварения для этого требуется 1 часть воды на 2-2,5 части скипидара.

Недостатком этого способа уваривания канифоли является необходимость применения повышенных температур для получения продуктов требуемого качества. В этом случае термолабильная смесь терпеновых углеводородов и смоляных кислот, входящая в состав канифоли и скипидара, под воздействием тепла претерпевают изомеризационные превращения, что приводит к снижению массовой доли пиненов до 55-60% и повышению доли абиетиновой кислоты в канифоли до 45-55% что, в свою очередь, приводит к ухудшению физико-химических показателей скипидара и его потребительских свойств. Присутствие же в канифоли большого количества абиетиновой кислоты весьма неблагоприятно сказывается на свойствах живичной канифоли и вызывает ее кристаллизацию. Кроме того, продолжительное воздействие повышенных температур в процессе канифолеварения нередко отрицательно влияет на цвет канифоли, что приводит к снижению выхода канифоли высших сортов по ее цветности. Известный способ требует высоких энергетических затрат из-за необходимости проведения процесса при высоких температурах, при этом способ характеризуется большим количеством образующихся сточных вод 240-300 кг на 1 т канифоли.

Известен также способ уваривания канифоли, включающий непрерывную отгонку скипидара из терпентина при пониженном давлении в две стадии с присадкой острого пара [2]
При этом отгонку ведут при остаточном давлении 60-160 мм рт.ст. с отбором скипидара при 160-170^oC на второй стадии.

Способ осуществляют следующим образом: нагретую до 100-120^oC очищенную живицу (терпентин) непрерывно подают в канифолеварочную колонну, например, тарельчатого типа, где при 1340-160^oC происходит отгонка скипидара. Пары скипидара, отбираемые с верха колонны, конденсируются в конденсаторе -холодильнике, и после разделения во флорентине через соляно-ватный фильтр подают на склад готовой продукции. Полученную канифоль, выходящую с низа колонны, через гидравлический затвор с помощью насоса подают по обогреваемому трубопроводу в сепаратор. В обогреваемом сепараторе происходит отделение канифоли от паров воды, остатков скипидара и труднолетучих веществ. Пары, выходящие из сепаратора, конденсируются в конденсаторе и скипидар после отделения воды направляется в оборот.

Канифоль из сепаратора поступает в приемник и оттуда на разлив.

Раздвоение потока скипидара по стадиям уваривания и пониженная температура канифолеварения способствует улучшению качества скипидара. В этом случае благодаря снижению температуры процесса устраняются нежелательные, изомеризационные превращения компонентов скипидара и сохраняется его наиболее ценная легкокипящая часть, которая входит в состав товарного продукта. Высококипящая часть скипидара, ухудшающая обычно его качество, направляется в отдельный поток и используется в качестве оборотного.

Применение пароэжекторного насоса, аппарата "труба в трубе" и сепаратора позволяет улучшить массообмен и условия десорбции труднолетучей части скипидара из канифоли, сократить время пребывания продукта в зоне высоких температур и расход пара. Кроме того, использование пароэжекторного насоса позволяет при необходимости использовать для приема готовой продукции барометрический слив вместо традиционных вакуумных приемников, что позволяет осуществлять процесс непрерывно.

Однако и этот способ не лишен недостатков, а именно использование в данном способе вакуума приводит к определенным потерям скипидара при вакуумировании. Кроме того, способ не позволяет на требуемом уровне определить время пребывания терпентина в зоне высоких температур, что оставляет перспективу на снижение времени уваривания канифоли и соответственно на улучшение качественных показателей канифоли и скипидара.

Использование "вакуумного хозяйства" в одинаковой степени усложняет и увеличивает зону обслуживания установки, требует дополнительных затрат на эксплуатацию и ремонт оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ уваривания канифоли, включающий подачу терпентина и острого пара в канифолеварочную колону, непрерывную отгонку паров скипидара при противоточном движении терпентина и острого пара и вывод водно-паровой смеси скипидара и образовавшейся канифоли [3]
В известном способе для снижения расхода острого пара высокую температуру по всей высоте колонны поддерживают глухим паром, для чего по всей высоте устанавливают змеевики глухого пара с постепенным уменьшением поверхности нагрева их в нижней части колонны. Для снижения перегрева канифоли в нижней части колонны установлены также колпачковые тарелки, на которых отсутствует подвод тепла через змеевики. При установившемся режиме работы колонны все тарелки заполнены терпентином. Поступающий в колонну через барбатер острый пар проходит через перфорацию тарелок и увлекает с собой скипидар из находящегося на тарелках терпентина. Канифоль стекает в нижнюю часть колонны, откуда через гидравлический затвор стекает в канифольную коробку, а затем разливается в тару.

Производительность такой колонны 200 т/сут. Для устойчивой работы колонны необходимо поддерживать постоянными подачу терпентина и острого пара.

Однако и этот метод уваривания не лишен недостатков. Одним из существенных недостатков является длительное (от 5 мин и выше) время пребывания терпентина в зоне высоких температур (до 185^oC), что приводит к ухудшению качества канифоли по показателю цветность и скипидара. Особенно заметно это происходит в случае малой производительности (15-30 т в сутки) по канифоли, которая, как правило, определяется наличием сырья на предприятии. Поскольку добыча живицы является сезонной, то снижение производительности от 50-120 т канифоли до 10-30 т в сутки является довольно частым случаем. Кроме того, при таком способе уваривания необходим большой расход глухого пара. Давление глухого пара должно быть стабильным не ниже 100 КПа (10 атм.).

Техническим эффектом предлагаемого способа является улучшение качества живичной канифоли и скипидара при одновременном снижении всех теплоэнергетических затрат.

Достигается указанный технический результат тем, что в способе уваривания канифоли, включающем подачу терпентина и острого пара в канифолеварочную колонну, непрерывную отгонку паров скипидара при противоточном движении терпентина и острого пара и вывод воднопаровой смеси скипидара и образовавшейся канифоли, согласно изобретению, подачу терпентина и вывод водно-паровой смеси скипидара осуществляют тангенциально под углом 25-24^o, а отгонку проводят в вихревом потоке, при этом регулируют толщину образовавшегося пленочного слоя в пределах 2-7 мм.

Способ может быть осуществлен в колонне вихревого типа, где за счет создания высокоскоростных вихревых потоков, а также увеличения площади поверхности для испарения скипидара сокращается время процесса канифолеварения при производительности 15-35 т/сут по канифоли. При этом практически не происходит пригорания канифоли и вследствие этого ухудшения ее цветности, а толщину образовавшего слоя регулируют изменения давления острого пара известным методом.

Вышеуказанные условия уваривания канифоли позволяют при разных условиях по производительности на тарельчатой и вихревой колоннах улучшить цветность канифоли на 1-2 марки в сравнении с тарельчатой колонной. Практическое время пребывания канифоли в вихревой колонне 10-15 мин, тогда как в тарельчатой 50-70 мин (при пребывании в колонне более 15 мин канифоли начинает темнеть).

Пример 1 (прототип). Способ осуществляют следующим образом: в верхнюю часть канифолеварочной тарельчатой колонны непрерывно со скоростью 5600 кг/ч подают терпентин, подогретый предварительно в подогревателе до 130-155^oC. В нижнюю часть колонны подают острый пар (360-400 кг/ч), который движется навстречу терпентину. Терпентин постоянно отдает содержащийся в нем скипидар, а уваренная канифоль непрерывно вытекает из нижней части колонны. Пары скипидара и воды (скипидар ≈2100 кг/ч и воды ≈ 345 кг/ч) непрерывно выходят из верхней части колонны и поступают в холодильник, конденсат стекает во флорентину, где скипидар отделяется от воды. С низу колонны непрерывно выводят канифоль ≈3370 кг/ч или ≈80 т/сут. Температурный режим колонны: температура в верху колонны 130-155^oC, в низу колонны 170-185^oC. Время пребывания канифоли в колонне 56 мин.

При этих условиях была получена канифоль следующего качества: цвет по шкале цветности N (шкала цветности в порядке улучшения ее цвета: H, J, K, M, N, Wg, Ww, X); температура размягчения 70^oC; массовая доля летучих веществ 0,35% массовая доля абиетиновой кислоты 39%
Скипидар имел следующую характеристику: объем отгона до 170^oC 88% массовая доля пиненов 64%
Канифоль склонна к кристаллизации.

Таким образом, при производительности тарельчатой колонны 80 т/ч и времени пребывания канифоли в колонне 56 мин канифоль соответствует по цветности 1 сорту (высокий сорт не менее Wg). Что касается скипидара, то при указанном режиме полученный скипидар не отвечает по основному показателю - объему отгона до 170^oC (для высшего сорта не менее 92% для первого сорта не менее 90% ). Заниженный показатель объема отгона до 170^oC объясняется изомеризационными изменениями скипидара в колонне, связанными как с длительным пребыванием терпентина (раствор канифоли в скипидаре) в колонне, так и относительно высокой температурой по высоте колонны.

Пример 2. Способ осуществляют следующим образом: в верхнюю часть вихревой канифолеварочной колонны через распределитель под углом 30^o терпентин со скоростью 1400 кг/ч поступает на верхние вихревые элементы колонны, которые расположены по всей ее высоте. В нижнюю часть колонны на нижние вихревые элементы подается острый пар из расчета 90-100 кг/ч. Вихревая колонна обогревается глухим паром через паровые рубашки, которыми снабжены царги колонны по всей ее высоте. Исключая сепарационную царгу. Температура части поддерживается 140-160^oC, в нижней части 165-175^oC.

Терпентин по каналам, образованным вихревыми элементами, в виде тонкого (пленочного) слоя толщиной 5 мм непрерывно стекает в низ колонны, откуда навстречу по этим же каналам поступает острый пар. Поскольку в отличие от тарельчатой колонны терпентин поступает тонким слоем при контакте с острым паром происходит быстрый отгон скипидара, а следовательно, и быстрое уваривание канифоли.

Уваренная таким образом канифоль (≈840 кг/ч или 20 т/сут) из нижней части колонны через гидрозатвор поступает на розлив. Время пребывания канифоли в колонне 14 мин.

Пары воды и скипидара с температурой 140-160^oC (≈525 кг/ч скипидара и ≈85 кг/ч воды) поступают в спиральный теплообменник, где конденсируется высококипящая фракция скипидара, а неконденсирующая легколетучая фракция проходит через конденсатор холодильник, где конденсируется во флорентине, откуда после отделения от воды проходит через соляно-ватный фильтр и поступает в сборник товарного скипидара.

При этих условиях была получена канифоль следующего состава:
цвет по шкале цветности Wg высший сорт (на одну марку лучше);
температура размягчения 69^oC (высший сорт);
массовая доля летучих веществ 0,28% (высший сорт);
массовая доля абиетиновой кислоты 36,0%
Скипидар, полученный на вихревой колонне, имел следующие характеристики:
объем отгона до 170^oC 92,6% (высший сорт);
массовая доля пиненов 68,6% (высший сорт);
Кроме того, вся полученная в этих условиях канифоль не обладает склонностью к кристаллизации.

Предлагаемый способ уваривания канифоли позволяет осуществлять процесс при температурном режиме (при атмосферном давлении), исключающем изомеризационные превращения смоляных кислот, входящих в состав канифоли. Это предотвращает накопление абиетиновой кислоты в канифоли и тем самым устраняет причины ее кристаллизации. При данном способе уваривания канифоли состав входящих в нее смоляных кислот обусловливается температурой низа колонны, временем пребывания канифоли в колонне. Это же способствует и улучшению цвета канифоли.

Предлагаемый способ уваривания канифоли позволяет снизить металлоемкость оборудования, расход тепловой энергии, улучшить качество продукции.

Сущность изобретения: в способе уваривания канифоли, включающем подачу терпентина и острого пара в канифолеварочную колонну, непрерывную отгонку паров скипидара при противоточном движении терпентина и острого пара и вывод водно-паровой смеси скипидара и образовавшейся канифоли, подачу терпентина и вывод водно-паровой смеси скипидара осуществляют тангенциально под углом 25-45^o, а отгонку проводят в вихревом потоке, при этом регулируют толщину образовавшегося пленочного слоя в пределах 2-7 мм. Использование предлагаемого способа уваривания канифоли позволяет улучшить качество целевых продуктов при снижении энергозатрат.

Способ уваривания канифоли, включающий подачу терпентина и острого пара в канифолеварочную колонну, непрерывную отгонку паров скипидара при противоточном движении терпентина и острого пара и вывод водно-паровой смеси скипидара и образовавшейся канифоли, отличающийся тем, что подачу терпентина и вывод водно-паровой смеси скипидара осуществляют тангенциально под углом 25
45^o, а отгонку проводят в вихревом потоке, при этом регулируют толщину образовавшегося пленочного слоя в пределах 2 7 мм.