содержание   ..   150  151  152  153  154  155  156  157  158  159  ..

Состав и свойства продуктов разгонки древесной смолы

В предыдущих главах описаны способы улавливания, конденсации и сбора жидких продуктов пиролиза древесины. Во всех случаях отстойную смолу требуется освободить от водо­растворимых продуктов. С этой целью суммарную жижку отстаивают; отстойную смолу, в зависимости от дальнейшей переработки, или промывают и отстаивают, или обезвоживают с получением уваренной смолы 7—12 % влажности или кондиционной смолы 4%-ной влажности. Обезвоживание проводится в колонных непрерывнодействующих аппаратах.

Рис. 92. Схема периодической разгонки древесной смолы:
1 — перегонный куб; 2 — ректификационная колонна; 3 — конденсатор; 4, 5 — вакуум приемники; 6 — сборник креозотовой фракции; 7 — сборник ингибитора; I — конденсат; // — глухой пар; /// — острый пар; IV— смола; V—пек; VI — вакуум
 

Уваренная смола подвергается фракционной разгонке в пе­риодически действующем смолоразгонном кубе с паровым или огневым нагревом (рис. 92). Смола поступает в чугунный куб 1, снабженный змеевиком для глухого перегретого пара и барботером для острого перегретого пара. В некоторых случаях куб имеет топку для внешнего обогрева. Водяной пар перегревают до 320—400 °С, острый пар расходуется в 2—3-кратном коли­честве к получаемым маслам. Система работает при остаточном давлении (0,25--0,3) • 10² кПа. При разгонке пары поступают в ректификационную колонну 2, а затем —в конденсатор 3 и далее, через вакуум-приемник 4, в соответствующие сборники

5                 и 6. В сборниках 5, 6 происходит отстаивание полученных продуктов от кислой воды и промывка ингибитора. Пей выпу­скают в специальные открытые приемники, где он застывает. Оборот куба емкостью 8—10 м³ составляет 24 ч. В продолжение цикла разгонки последовательно отбираются следующие фракции: 1) кислая вода и легкие масла с температурой кипе­ния до 180 °С; 2) креозотовые масла с температурой кипения в пределах 180—240 °С; 3) ингибитор (антиокислитель) с температурой кипения в пределах 240—310 °С.

Выход кислой воды составляет 8—12%, в зависимости от влажности исходной смолы; выход легких масел — до 4%. Эти масла всплывают над водным слоем. Выход креозотовых масел

6—           9%. Эти масла используются как вспениватели при обогащении металлических руд флотацией, антисептики древесины, а также при выделке кожи и как сырье для медицинского креолина — дезинфицирующих и антисептических средств в медицине и ветеринарии.

Выход ингибитора на смолоперерабатывающих заводах неодинаков и колеблется от 14 до 30 %. По требованиям ГОСТа ингибитор древесно-смоляной должен содержать воды не более 6 %, иметь кислотное число не более 30 мг КОН на 1 г, поглощаемых щелочью веществ (фенолов) не менее 65%, иметь фракционный состав: отгоняться до 240 °С не более 20—25%, до 260 °С не более 50—55 %, до 310 °С не менее 95 %. Эффективность ингибитора в циклогексене: I сорт — не менее 180 мин, II сорт — не менее 120 мин. В ЦНИЛХИ разработан способ стабилизации ингибитора, улучшения его качества.

Эта же фракция масел используется в производстве синтетического каучука как «стоппер», или прерыватель, реакций полимеризации мономеров. Древесно-смоляной пек имеет температуру размягчения выше 100—110°С, используется в композициях с древесной смолой в производстве активных углей, лесохимических добавок и др.

Процесс фракционной разгонки древесной смолы в кубах достаточно энергоемок: для выработки 1 т основного продукта— ингибитора расходуется 6—15 т технологического пара, 60—100 м³ воды, 45—52 кВт-ч электроэнергии, большое количество ручного труда.

Разгонка древесной смолы в периодически действующих ку­бах основана на предпосылке о физической природе этого про­цесса. Считается, что древесная смола состоит из высокомоле­кулярных соединений (пека), растворимых в низкомолекулярных соединениях (маслах). В этом случае полнота отбора

масел определяется температурой разгонки и парциальной уп­ругостью паров масел. С целью уменьшения парциальной упругости паров масел, т. е. с целью увеличения их выхода в куб подается острый водяной пар, разгонка ведется под по­ниженным остаточным давлением (снижение температуры кипения масел).

Каждый вид древесной отстойной смолы содержит опреде­ленное количество низкомолекулярных соединений, которые при нагреве отгоняются, образуя масла. Однако при нагреве смолы происходят термические превращения ее составляющих. В ус­ловиях разгонки смолы в периодически действующих кубах вначале удаляются вода и летучие кислоты, в процессе нагрева в течение 18—24 ч происходит дальнейшая конденсация угле­водов, фенолов, фенолокислот с образованием пека. Постоянная подача острого водяного пара создает условия для реакций гидролиза высокомолекулярных соединений, что способствует увеличению выхода масел. Однако для образования масел пу­тем кислотного гидролиза при разгонке смолы в периодически действующих кубах условий нет, поэтому выход древесно-смо­ляных масел низкий.

Инженерные изыскания непрерывных способов разгонки дре­весной отстойной смолы начаты со времени организации про­изводства древесно-смоляного ингибитора (1936—1938 гг.) на Ветлужском лесохимическом заводе под руководством проф. М. Д. Тиличеева.

Гипотеза кислотного гидролиза высокомолекулярных компо­нентов смолы сформулирована Д. В. Тищенко на основании длительных наблюдений за поведением смолы при разгонке ее в условиях различной кислотности. Д. В. Тищенко утверждает, что термические воздействия в совокупности с действием воды и кислот приводят к деполимеризации и гидролизу высокомо­лекулярных соединений смолы. На основании этих соображений был предложен способ непрерывной разгонки смолы. Сначала это была насадочная колонна, в которой разгонка смолы велась под вакуумом с присадкой острого пара. Однако выяс­нилось, что для образования масел достаточно той влаги, что содержится в смоле после 2—4-месячного ее хранения, поэтому был продложен способ разгонки в трубчатом испарителе (типа испарителя Кестнера). При температуре паров на выходе из аппарата 230 °С и остаточном давлении (0,10-0,15) • 10² кПа выход масел составлял 45%. Достигнуть приемлемых сроков непрерывной работы не удалось ввиду быстрого закоксовывания труб.

Авторы не создали развитого турбулентного режима потока смолы в трубах, в результате чего пристенный ламинарный слой смолы подвергался длительному нагреву и коксованию. В научно-исследовательских лабораториях Ашинского и Сявского лесохимических комбинатов пытались организовать фракционное разделение смолы в токе перегретого водяного пара в специальных смолоразгонных колоннах. На Ветлужском лесохимическом заводе работники ЦНИЛХИ осуществляли разгонку смолы в пенном аппарате в токе дымовых газов при темпера­туре 400—600 °С. Во всех случаях работа закончилась неуда­чей из-за закоксовывания рабочих поверхностей аппаратов. Большой вклад в разработку непрерывных способов разгонки смолы внесли инженеры опытного завода ЦНИЛХИ, в частности В. И. Гусаков. Им разработан и испытан в производственных условиях способ разгонки смолы с газовым теплоно­сителем, заключающийся в нагреве тонкодисперсного смоляного тумана бескислородным дымовым газом (£=600 °С) с последующей ректификацией смоляных масел на товарные фракции. Однако промышленный образец смолоразгонной камеры ока­зался непригодным к эксплуатации. Причина — коксование смолы на стенках камеры.

Работниками ЦНИЛХИ создан и испытан способ разгонки древесной смолы и пиролиза ее компонентов в термоконтактном аппарате с твердым теплоносителем. Этот способ наряду с разгонкой смолы позволяет повышать реакционную способность фенолов и качество ингибитора путем деметоксилирования и деалкилирования фенолов при температуре 500—530 °С.