содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

Основные факторы, определяющие скорость процесса экстракции

 1. Вид, способ и степень измельчения осмола оказывают существенное влияние на скорость процесса экстракции и коэффициент извлечения смолистых веществ из древесины.

Характерной особенностью древесины как капиллярно-пористого тела является ее неоднородность и анизотропность в продольном, тангенциальном и радиальном направлениях. Так, через площади поперечного сечения перенос массы смолистых веществ в 8—9 раз больше, чем через единицу площади боковой поверхности. Скорость извлечения канифоли из торцовой поверхности в 5 раз больше, чем через тангенциальную поверхность, и в 16 раз больше, чем через радиальную.

Используемые в настоящее время на наших канифольноэкстракционных заводах способы подготовки технологической щепы влияют на ее фракционный состав (табл. 8).
 

8. ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЩЕПЫ

Естественно, чём мельче щепа, тем больше её поверхность. Из закона Фика (см. формулу (31)) следует, что чем больше поверхность, тем быстрее идет процесс экстракции.

Однако приготовление мелкой щепы удорожает операцию подготовки осмола к экстракции. Кроме того, большое содержание мелкой фракции ухудшает гидродинамику растворителя в слое за счет его уплотнения и снижения пористости, что/ в конечном результате приводит к снижению коэффициента извлечения смолистых из древесины.

Большая масса мелкой фракции щепы и пыли приводит к засорению коммуникаций движения мицеллы и образованию накипи в теплообменных аппаратах. Размеры щепы определяют дальнейшее ее использование после экстракции (производство древесностружечных плит, картона и др.).

Для канифольно-экстракционных заводов характерен состав щепы, приведенный в табл. 8. С целью улучшения условий проникновения растворителя в щепу и раствора смолистых веществ обратно ее подвергают деформированию на гладковалковых дробилках. Эта операция позволяет в значительной степени изменить внутреннюю структуру щепы, вследствие чего скорость процесса экстракции значительно возрастает. Так, при экстракции обычной технологической щепы (влажность .14.%) продолжительность процесса составляет 7 ч при среднем коэффициенте извлечения 72,7—77,6 %, а после деформирования при продолжительности процесса 2—3 ч коэффициент извлечения смолистых из древесины составляет 84—92 %. .

2. Влажность древесины является важным фактором, определяющим скорость экстракции. Так как извлечение смолистых веществ из осмольной древесины ведут бензином, который является гидрофобным растворителем, то наличие влаги в древесине препятствует его проникновению внутрь ее куска. Поэтому на всех канифольно-экстракционных заводах перед началом процесса экстракции осуществляется предварительная подсушка древесины.

Исследованиями, выполненными в ЦНИЛХИ и ЛТА, было установлено, что оптимальная влажность осмольной щепы 14—15%. Более высокая влажность препятствует проникновению бензина внутрь куска щепы, а более низкая влажность приводит к усыханию кусков щепы, что ведет к уменьшению диаметра пор и капилляров и ухудшает проникновение растворителя внутрь куска. Сушка щепы осуществляется непосредственно в экстракторе либо с помощью паров бензина из испарителя, либо парами из испарительных колонн.

3. Температура процесса экстракции. С повышением температуры уменьшается вязкость растворителя, увеличивается коэффициент молекулярной диффузии, растет константа скорости растворения смолистых веществ в бензине, что благоприятно сказывается на увеличении скорости экстракции в целом и повышении коэффициента извлечения смолистых веществ.
 

4. Давление в системе. С повышением давления возрастает скорость пропитки щепы растворителем, но затрудняется обратный выход раствора смолистых веществ из щепы. Поэтому давление в системе имеет косвенное положительное значение, так как позволяет повысить температуру растворителя и процесса в целом. Но повышение давления в системе требует высокой герметичности оборудования и коммуникаций и всегда увеличивает пожарную опасность производства и загрязненность рабочих помещений.

5. Содержание смолистых веществ в осмоле. Движущей силой всех диффузионных процессов является разность между рабочей и равновесной концентрацией. Так как при любом способе экстракции растворитель на выходе из экстрактора не может иметь нулевую концентрацию по смолистым, то в щепе всегда будет остаточная равновесная смолистость. Практика эксплуатации канифольно-экстракционных заводов показывает, что конечная концентрация смолистых веществ в проэкстрагированной щепе составляет 2,5—5,5%.

6. Гидродинамическке условия. При извлечении смолистых веществ на стадии подвода растворителя из объема к поверхности щепы и на стадии отвода раствора смолистых от поверхности щепы в объем важным фактором является гидродинамическая обстановка в слое щепы. Поскольку основным сопротивлением скорости процесса является массоперенос внутри куска щепы, режим движения растворителя оказывает влияние на скорость процесса только в определенных пределах. Оптимальной скоростью движения растворителя в слое щепы в пересчете на полное сечение экстрактора является величина 0,1 м/с. Дальнейшее увеличение скорости движения растворителя в слое щепы не ведет к повышению скорости процесса. Наоборот, в зависимости от способа экстракции это приводит либо к увеличению расхода энергии (батарейно-противоточный способ экстракции), либо к увеличению расхода растворителя и тепла (батарейно-дефлегмационный способ экстракции). Очень важной является организация слоя щепы в экстракторе, так как от этого зависит равномерность омывания щепы растворителем (особенно это важно при батарейно-дефлегмационном способе экстракции).

7. Время процесса экстракции. Между продолжительностью процесса и полнотой экстракции веществ существует прямая зависимость. Однако, как видно на рис. 15, явно выраженный асимптотический характер кривых, характеризующий скорость

извлечения смолистых веществ, дает основание считать, что продолжительность технологического процесса целесообразна не более 6 ч. Более. длительный процесс всегда будет связан с дополнительными расходами тепла на нагрев растворителя и амортизацию оборудования. Но в силу плохой организации технологических процессов на предприятиях, особенно на тех, которые работают по батарейно-дефлегмационному способу

экстракции, продолжительность процесса экстракции составляет иногда более 15 ч.

8. Метод экстракции. Существуют два принципиально различных способа экстракции: в слое растворителя, или батарейно-противоточный способ экстракции, и экстракция оросительная, или батарейно-дефлегмационный способ экстракции.

При экстракции в слое жидкости значение плотности раствора смолистых веществ внутри куска и в объеме близки между собой. Гравитационные силы не оказывают существенного влияния на процесс массопереноса. При оросительном способе экстракции происходит как бы фильтрация растворителя в направлении сил тяжести, поэтому силы гравитации имеют существенное значение в массопереносе, причем действие сил тяжести тел заметнее при больших размерах щепы.

9. Число экстракторов в батарее. При батарейно-дефлегмационном способе экстракции число экстракторов в батарее не влияет на полноту извлечения смолистых веществ, так как каждый экстрактор при этом способе работает самостоятельно, и в каждом из них может быть осуществлен свой режим процесса. Связь с батареей при этом методе необходима лишь по условиям рационального использования теплообменных аппаратов (конденсаторов-холодильников, флорентин, испарителей и подогревателей) и расхода тепла и воды.

При батарейно-противоточном методе экстракции каждый экстрактор следует рассматривать как аппарат, приближающийся к аппарату идеального смешения. Теоретически при наличии трех таких аппаратов достигается достаточно полное извлечение веществ, а при пяти-семи аппаратах в батарее система приближается к непрерывному процессу в аппарате идеального

вытеснения. Поэтому можно считать, что в экстракции должно участвовать не более пяти экстракторов. Опыт канифольно-экстракционных производств при создании батареи из 12—18 экстракторов полностью подтверждает это.

10. Природа растворителя. Природа применяемого растворителя существенным образом влияет на скорость и полноту процесса экстракции. Важными физико-химическими свойствами растворителя являются его растворяющая способность, поверхностно-активные свойства, вязкость, температура кипения и молекулярная масса.

Из наиболее распространенных растворителей самой высокой экстрагирующей способностью обладает диэтиловый эфир. Если его экстрагирующую эффективность принять за единицу, то сравнительная активность других наиболее доступных растворителей такова: дихлорэтана 0,62—0,64; бензола 0,58—0,64; ксилола 0,52—0,55; скипидара 0,46; бензина БР-1 0,30—0,32 в долях от диэтилового эфира.

В производственных условиях растворитель должен отвечать целому ряду условий; быть недефицитным, малотоксичным, обладать пониженной взрыво- и пожароопасностью, стабильностью к химическим и температурным воздействиям, быть недорогим, не склонным вступать в реакции с продуктами экстракции и легко регенерируемым; поэтому в нашей стране и за рубежом в качестве растворителя используются различные фракции бензина.

Длительное время на наших канифольно-экстракционных заводах для резиновой промышленности использовались бензиновые растворители марки БР-1 или БР-2; плотность их должна быть не более 730 кг/м3, температура кипения 80—110 °С. Так как температура процесса экстракции является одним из важных факторов, определяющих скорость процесса экстракции и полноту извлечения смолистых веществ, то в настоящее время все заводы переведены на использование в качестве растворителя бензина марки БЛХ — бензина лесохимического с температурными пределами кипения 105—130 °С.

При применении растворителя БЛХ содержание смолистых веществ в отработанной щепе снизилось примерно на 1%, коэффициент извлечения их увеличился соответственно на 4,5 %. Выход канифоли из 1 т осмола 20 %-ной влажности повысился на 15 кг, а расход бензина на 1 т канифоли уменьшился на 102 кг. Кроме того, увеличилась скорость сушки, соотношение вода — бензин в дистилляте паров сушки уменьшилось до 1:7 против 1: 15 в случае применения БР-1 или БР-2, так как температура кипения азеотропной смеси вода — бензин повышается с 70 до 95 °С, за счет чего получается дополнительная экономия тепла на этом этапе процесса экстракции.