Установка по производству сырого таллового масла

Полезная модель относится к установкам по производству сырого таллового масла и может быть использована в целлюлозно-бумажной и лесохимической промышленности.
Сырое талловое масло получают разложением сульфатного мыла серной кислотой. В настоящее время известны установки по получению сырого таллового масла, работающие по периодическому способу: обработка серной кислотой и разделение реакционной смеси отстаиванием.
Однако широкое распространение, как наиболее перспективные, получили установки, работающие по непрерывному способу.
Известна установка для получения в непрерывном процессе сырого таллового масла, описанная в авторском свидетельстве СССР №76379, опубл. 31.10.1949 г. Установка имеет следующие основные элементы: напорный бак для раствора мыла, мерник серной кислоты, эжектор, выполняющий роль реактора, приемник-фильтр, центрифугу и сборник таллового масла. Раствор мыла из напорного бака стекает в эжектор, проходя через него, создает разряжение, за счет этого из мерника всасывается раствор серной кислоты. В эжекторе происходит основная реакция разложения мыла с образованием таллового масла, сульфата натрия и лигнина. Реакционная смесь из эжектора стекает в приемник-фильтр, из которого талловое масло (верхний слой) непрерывно отделяется и направляется для окончательного обезвоживания на центрифугу, а нижний слой направляется в баки черного щелока основного сульфат-целлюлозного производства. Основным недостатком установки является ее низкая производительность, связанная с применением эжектора в качестве реактора.
Известна схема непрерывно действующей установки производства сырого таллового масла (А.И. Головин, А.Н. Трофимов, Г.А. Узлов, И.П. Жукова, А.И. Киприанов, Т.И. Прохорчук, В.Е. Ковалев. - М: Лесная промышленность. 1988. - стр. 51), в состав которой входят соединенные трубопроводами сборники для сульфатного мыла, инжекторы пара, гомогенизаторы, смеситель с серной кислотой, реактор, дегазатор, рециркуляционная ванна, соединенная со сборником для бисульфата натрия. Также в состав установки входит центробежный сепаратор, соединенный со сборником таллового масла. При работе установки реакционная смесь из реактора поступает в дегазатор, в котором отделяются пары, образовавшиеся при реакции, затем смесь насосом подают в центробежный сепаратор, где она разделяется на фракции: через верхний рукав выходит легкая фракция - талловое масло и стекает в сборники, через средний рукав выходит раствор бисульфата натрия с примесью лигнина и стекает в рециркуляционную ванну, тяжелая фракция - механические загрязнения (лигнин, гипс, волокна целлюлозы) по мере накопления в сепараторе периодически выбрасываются в специальный отсек рециркуляционной ванны.
В рециркуляционной ванне лигнин отделяется от раствора бисульфата натрия. Часть раствора бисульфата натрия направляют в дегазатор для разбавления реакционной смеси перед сепаратором, а избыток его вместе с лигнином и небольшой примесью таллового масла стекает в сборник. Талловое масло всплывает над слоем бисульфата и периодически, по мере накопления, его откачивают в сборник для масла. Из сборника бисульфата натрия раствор перекачивают на сжигание в СРК. Тяжелую фракцию, содержащую гипс и волокно, направляют в отвал. Основной недостаток подобных установок связан с применением в них центробежных сепараторов, что приводит к необходимости периодической остановки центробежного сепаратора на выгрузку тяжелой фракции (шлама), особенно при переработке мыла с повышенным содержанием лигнина и волокон целлюлозы (чаще всего при переработке мыла из лиственной древесины). Для поддержания такой установки в рабочем состоянии с минимизацией времени простоев, необходимого необходимо иметь резервный сепаратор.
Другое направление развития установок для производства сырого таллового масла связано с применением непрерывно действующих отстойников-декантаторов для разделения реакционной смеси на бисульфат натрия, лигнин и талловое масло.
В частности, известна установка фирмы «REINVEST» (Польша) [REINVEST, Технический проект Установка для производства таллового масла, сентябрь 2004 г, № проекта 0421-07.00, пуск в эксплуатацию на ООО "ХимТехноСервис Татойл" в г. Новодвинск 2004, ссылка на Интернет ресурсе http://www.reinvest.pl/attachments/File/Lista_referencyjna_2012.pdf, строка 263], принятая в качестве прототипа. Установка «REINVEST» содержит два бака-сборника сульфатного мыла (лиственного и хвойного), каждый из которых соединены с насосам и далее с гомогенизатором. Из гомогенизаторов, работающих поочередно, мыло подается на статический смеситель, к которому также подсоединен бак серной кислоты. Дополнительно мыло может подогреваться острым паром.
Выходной патрубок статического смесителя соединен с подготовительной емкостью - механическим смесителем, оснащенным мешалкой. Здесь происходит тщательное перемешивание реакционной смеси. Выходной патрубок подготовительной емкости подсоединен к декантатору (главному сепаратору), в котором протекает соответствующая реакция разложения мыла, в результате которой образуется реакционная смесь, состоящая из:
- таллового масла;
- раствора бисульфата натрия с включением лигнина и механических примесей;
- газообразных продуктов реакции.
Разделение реакционной смеси на составляющие происходит за счет разности плотностей образующихся фаз: более легкое талловое масло собирается вверху декантатора, откуда из бокового патрубка на корпусе сепаратора по трубопроводу самотеком поступает в сборник таллового масла. Из этого сборника масло насосом откачивается на склад. Отводящие трубопроводы оснащены регулирующими клапанами, позволяющими производить постоянный контроль количества отводимых рабочих сред и поддержку соответствующих их уровней в сепараторе.
Процесс подвода реакционной смеси и отвода таллового масла, лигнина, кислой воды и газообразных продуктов реакции происходит одновременно и непрерывно. Трубопроводы для выхода лигнина и бисульфата натрия также подсоединены к боковой поверхности корпуса декантатора, в средней по высоте части, и соединены со сборником бисульфата натрия и лигнина. Сборник служит для накопления раствора бисульфата натрия и лигнина, в который самотеком поступает раствор крепкого белого щелока для подщелачивания раствора до рН 10-12. По мере накопления раствора в сборнике, он откачивается насосом в бак кислой воды, из которого ее подают на выпарную станцию.
В установке по прототипу реакционная смесь поступает из герметичной подготовительной емкости в декантатор вместе с образованной в процессе реакции газовой фазой. Помимо этого, реакция разложения сульфатного мыла продолжается в самом декантаторе. Следовательно, при выводе 100% газовой фазы из декантатора при прохождении отводимых парогазов плотность столбов жидкости легкой и тяжелых фракций меняются, а высота столба легкой фрапкции (масла) изменяется за счет частичного перемешивания отходящими газами пограничных слоев жидкости. Это ограничивает производительность и обуславливает потери таллового масла, сорбированного на лигниновой фракции, за счет перемешивания отходящей из сепаратора парогазовой смесью пограничного лигнинного слоя со слоем таллового масла.
Таким образом, частично адсорбированное талловое масло на поверхности лигниновой фазы безвозвратно теряется.
Задача, решаемая полезной моделью - расширение арсенала средств и создание новой установки по производству сырого таллового масла. Достигаемый комплексный технический результат - повышение производительности при одновременном снижении потерь таллового масла за счет более полного разделения продуктов реакции в технологическом процессе.
Поставленная задача решается введением новых элементов в конструкцию установки, и соответствующих связей между ними.
Установка по производству сырого таллового масла имеет в своем составе статический смеситель, подсоединенный к трубопроводу подачи сульфатного мыла и через первый насос подсоединенный к баку серной кислоты. При этом выход статического смесителя подсоединен к механическому смесителю. Установка также содержит декантатор, имеющий выход для отвода парогазовой смеси, и подсоединенный своим верхним патрубком на боковой стенке корпуса к баку таллового масла. Выгружной патрубок бака таллового масла предназначен для подачи таллового масла на склад продукции. В конструкции также предусмотрен бак белого щелока. От прототипа установка отличается тем, что дополнительно содержит соединенные с баком белого щелока первый сборник кислой воды и второй сборник кислой воды, также содержит накопительную емкость таллового масла и промежуточную вертикально ориентированную емкость. Промежуточная емкость установлена между механическим смесителем и декантатором, соединена с ними трубопроводами и снабжена выходом для отвода парогазовой смеси. Декантатор трубопроводом, подсоединенным к днищу, соединен с первым сборником кислой воды. Первый сборник кислой воды соединен с накопительной емкостью таллового масла, которая трубопроводом с установленным в нем вторым насосом соединена с баком таллового масла. Кроме того, первый сборник кислой воды другим трубопроводом с установленным в нем третьим насосом соединен со вторым сборником кислой воды и имеет выход для отвода нейтрализованного раствора лигнина и бисульфата натрия на выпарную станцию, к этому трубопроводу на выпарную станцию также подсоединен второй сборник кислой воды, при этом первый сборник кислой воды имеет обводной трубопровод, обеспечивающий циркуляцию раствора лигнина в первом сборнике с помощью третьего насоса, а второй сборник кислой воды имеет выход для отвода нейтрализованной кислой воды на промывку мыла.
Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации, который иллюстрируется Фигурой, на которой представлена схема заявляемой установки. Для упрощения восприятия описана установка, перерабатывающая сульфатное мыло одного вида (лиственное и или хвойное) Возможна реализация установки с двумя параллельными магистралями подачи мыла.
Установка по производству сырого таллового масла имеет в своем составе статический смеситель 1, подсоединенный к трубопроводу подачи сульфатного мыла и через первый насос 2 подсоединенный к баку 3 серной кислоты. При этом выход статического смесителя 1 подсоединен к механическому смесителю 4, снабженному мешалкой. Установка имеет декантатор 5. Между декантатором 5 (главным сепаратором) и механическим смесителем 4 имеется промежуточная вертикально ориентированная емкость 6. Ее объем превышает объем находящейся в ней реакционной смеси, что позволяет скапливать и отводить парогазовую смесь через выход в верхней части. Декантатор 5 подсоединен своим верхним патрубком, выполненным на боковой стенке корпуса, к баку 7 таллового масла. Выгружной патрубок бака 7 таллового масла предназначен для подачи таллового масла на склад продукции.
Конструкция содержит первый сборник 8 кислой воды, второй сборник 9 кислой воды и накопительную емкость 10 таллового масла. Декантатор 5 трубопроводом, подсоединенным к конусу днища, соединен с обоими сборниками кислой воды. Первый сборник 8 кислой воды соединен трубопроводом с накопительной емкостью 10 таллового масла и через нее с трубопроводом с установленным в нем вторым насосом 11 с баком 7 таллового масла. Другим трубопроводом с установленным в нем третьим насосом 12 первый сборник 8 кислой воды соединен со вторым сборником 9 кислой воды. К этому же трубопроводу подсоединен трубопровод для отведения нейтрализованного раствора лигнина и бисульфата натрия на выпарную станцию. К трубопроводу на выпарную станцию также подсоединен второй сборник 9 кислой воды, при этом второй сборник 9 кислой воды подсоединен к трубопроводу с четвертым насосом 13 для отвода нейтрализованной кислой воды на промывку мыла.
К обоим сборникам 8 и 9 кислой воды подсоединен трубопроводами бак белого щелока 14. В установке также имеются управляемые вентили и другая трубопроводная и контрольная арматура, позволяющая перенаправлять потоки протекающих сред по разветвлениям трубопроводов, а также контролировать рабочие режимы и управлять ими.
При работе установки подогретое паром и разбавленное горячей водой сульфатное мыло подают в статический смеситель 1, куда из бака 3 серной кислоты первым насосом 2 подается требуемое количество серной кислоты. После смешения в статическом смесителе 1 реакционная смесь самотеком поступает в механический смеситель 4, оснащенный мешалкой. В механическом смесителе 4 осуществляют более тщательное перемешивание смеси и в нем начинается реакция разложения мыла. Далее смесь самотеком поступает в промежуточную вертикально ориентированную емкость 6, в которой активно (с подогревом технологическим паром) продолжается реакция разложения сульфатного мыла. Объем промежуточной емкости 6 превышает объем находящейся в ней реакционной смеси. Образовавшаяся в процессе реакции парогазовая смесь скапливается в верхней части промежуточной емкости 6 и отводится. Промежуточная емкость 6 позволяет отделять до 95% образующейся парогазовой смеси. Из промежуточной емкости 6 реакционная смесь с остатком парогазовой смеси подается в декантатор 5, в который дополнительно подается технологический пар и в котором протекает заключительная стадия реакции разложения сульфатного мыла серной кислотой, и происходит разделение реакционной смеси. В верхней части накапливается всплывшее талловое масло, в нижней - кислая вода, содержащая лигнин и бисульфат натрия. Оставшаяся часть газообразных продуктов реакции в количестве ~5%, от всего образующегося объема парогазовой фазы, быстро выводится из декантатора 5. Данное количество отводимых газов из объема реакционной смеси уже не существенно влияет на изменение плотности слоев жидкости легкой и тяжелых фракций и высоту слоев фракций. Достигнутые условия протекания реакции приводят к тому, что газ (в отличие от прототипа), не перемешивает лигниновый слой с талловым маслом. Это сокращает продолжительность процесса расслаивания в декантаторе и увеличивает производительность установки в среднем на 15%.
Через патрубок в верхней части боковой стенки корпуса декантатора 5 всплывшее талловое масло поступает в бак 7 таллового масла. Через патрубок в донной конической части декантатора 5 выводится кислая вода, содержащая лигнин и бисульфат натрия в первый сборник 8 кислой воды. В первом сборнике 8 происходит расслоение кислой воды на талловое масло (остатки в кислой воде), лигнин и отстоянную кислую воду. Из первого сборника 8 всплывшее масло периодически декантируют в бак 7 таллового масла. Однако, ввиду того, что это масло все-таки содержит лигнин в небольших количествах, чтобы избежать загрязнения масла в баке 7 лигнином, на выходе первого сборника 8 установлена небольшая накопительная емкость 10 с коническим днищем. В этой накопительной емкости 10 масло дополнительно отстаивается, и это всплывшее, очищенное от лигнина масло вторым насосом 11 подается в бак 7. Из патрубка нижней конусной части накопительной емкости 10 тем же насосом 11 периодически возвращают лигнин в первый сборник 8 (переключают соответствующие вентили в разветвленном трубопроводе). Далее в первом сборнике 6 избыток кислой воды нейтрализуют белым щелоком, подаваемым из бака 14, при этом лигнин растворяется в белом щелоке. Для получения однородного раствора с помощью третьего насоса 12 и обводного трубопровода производят его циркуляцию в первом сборнике 8. После этого тем же третьим насосом 12 нейтрализованный раствор направляют на выпарную станцию.
Из первого сборника 8 отстоянную кислую воду (без лигнина) третьим насосом 12 перекачивают во второй сборник 9 кислой воды, в который из бака 14 белого щелока подают для нейтрализации раствор белого щелока и затем, уже нейтрализованная кислая вода, направляется четвертым насосом 13 в начало процесса на промывку поступающего мыла. Промывка сульфатного мыла от лигнина подщелаченным раствором бисульфата проводится перед производством таллового масла для уменьшения количества лигнина в образующейся реакционной смеси, что дополнительно снижает потери таллового масла.
Образующиеся при работе установки парогазовые смеси поступают на локальную очистку.
Следует отметить, что на установке по прототипу при выводе лигнинового слоя через боковой патрубок в цилиндрической части главного сепаратора происходит его перемещение относительно слоя таллового масла. Это способствует уносу части таллового масла, которое адсорбируется на развитой поверхности лигнина и
безвозвратно теряется при сжигании вместе с черным щелоком. Поэтому для снижения потерь таллового масла был предложен вывод лигнинной и кислой фракций из патрубка нижнего конуса главного реактора. Только это изменение конструкции сокращает потери сырого таллового масла на 1-1,5%. Достигнутые условия протекания реакции приводят к тому, что газ (в отличие от прототипа), не перемешивает лигниновый слой с талловым маслом. Это сокращает продолжительность процесса расслаивания и увеличивает производительность установки в среднем на 15%.
Таким образом, поэтапное разделение продуктов реакции с использованием новых конструктивных элементов приводит к более полному разделению продуктов реакции, что уменьшает потери таллового масла при его производстве на 5-7%, а также одновременно приводит к увеличению производительности установки.