Проект отделения первичной переработки 5,5 тыс. тонн живицы в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М.Ф. Решетнева»

Институт химических технологий

Кафедра химической технологии древесины и биотехнологии

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПРОЕКТ ОТДЕЛЕНИЯ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ 5,5 ТЫС. ТОНН ЖИВИЦЫ В ГОД

Обучающийся БХЛ 19-01,192313007М. Каюкова

Руководитель И. С. Почекутов

Красноярск 2022



Аннотация

К курсовому проекту

«Проект отделения первичной переработки 5,5 тысяч тонн живицы в год»

Ключевые слова: живица, канифоль, переработка, скипидар, производительность.

Цель данной работы: изучить технологию первичной переработки живицы.

Задачи:

- описать характеристику сырья

-изучить технологическую схему первичной переработки живицы

- рассмотреть непрерывно действующий отстойник живицы

- рассчитать материальный баланс

Работа состоит из двух разделов.

В первом разделе приводится характеристика сырья, используемого при производстве.

Во втором приводится технологическая схема с описанием, а также расчет материального баланса.

Курсовой проект включает: 46 страниц, 2 чертежа, 8 таблиц, 9 использованных источников.

живица отстойник переработка технологический



Содержание

1. Обзор научно-технической информации

2. Технологические решения

2.1 Выбор и обоснование технологической схемы производства

2.1.1 Складирование и первичная обработка живицы

2.1.2 Плавление живицы

2.1.3 Отстаивание живицы

2.2 Теоретические основы процесса

2.2.1 Осветление живицы

2.2.2 Очистка живицы от примесей

2.3 Технологическая схема и ее описание

2.4 Расчет материального баланса

2.4.1 Узел подготовки живицы

2.4.2 Узел фильтрации живицы и регенерации сора

2.4.3 Отделение отстаивания живицы и промывки терпентина

2.5 Потребность в оборудовании

2.6 Лабораторный контроль

2.7 Устройство и принцип действия непрерывно действующего отстойника

Заключение

Список использованных источников



Введение

Россия является страной с одним из самых больших запасов лесных ресурсов. Площадь лесов в нашей стране составляет 45 % от территории страны. Следовательно, развитие лесной промышленности, в том числе, лесохимической имеет большое значение в развитии промышленности в целом на территории нашей страны.

Лесохимическая промышленность - значимая отрасль народного хозяйства, которая производит более 100 наименований различных видов продукции, используемой в самых разных производствах. Основное сырье для лесохимии - сосновые пни, живица сосны, дрова лиственных пород, древесные отходы, а также сульфатное мыло.

Но в настоящее время промышленная заготовка сосновой живицы в Российской Федерации почти полностью прекратилась. Для восстановления утраченных позиций необходимо создание производственных мощностей по переработке сосновой живицы на местах ее добычи; вовлечение в процесс заготовки живицы лесных участков, находящихся в аренде по другим видам лесопользования; создание логистических схем для реализации живицы и продуктов ее переработки.

Одним из видов лесопользования, разрешенных в Российской Федерации, является заготовка живицы. Переработка живицы осуществлялась на лесохимических заводах. В европейской части России такие заводы находились в Вологде, Тихвине и Нижнем Новгороде. В процессе переработки из сосновой живицы получали два основных лесохимических продукта - сосновую канифоль и живичный скипидар. Там же на заводах производили модифицированные виды канифоли, удовлетворявшие требованиям различных потребителей к ее качеству, а также выпускали лакокрасочную продукцию на основе канифоли и скипидара. На протяжении почти всего советского периода данная технологическая цепочка успешно функционировала на крупных лесохимических заводах. С переходом российской экономики на рыночные отношения производственные связи по заготовке и переработке живицы разрушились. Основными причинами подобной ситуации стали падение спроса на живичную канифоль российского производства, вызванное экспортом более дешевой продукции из Китая, и замещение живичной канифоли на талловую, которую получают при варке целлюлозы на целлюлозно-бумажных предприятиях [1].

Кроме того, Россия почти лишилась сырьевой базы для осуществления работ по подсочке. В Лесном кодексе Российской Федерации не прописаны механизмы вовлечения в подсочку лесных участков, взятых в аренду для целей заготовки древесины.

Канифольно-терпентинные предприятия по объему в ценностном отношении занимают ведущую роль в лесохимической промышленности.

Основной задачей канифольно-терпентинного производства является переработка живицы с целью получения канифоли и скипидара.

Основным сырьем для канифольно-терпентинного производства является сосновая живица. Сосновая живица в химическом отношении представляет сложную смесь, содержащую около 75 % смоляных кислот и около 20 % терпеновых углеводородов. Основную часть сосновой живицы, получаемой при подсочке сосны обыкновенной (Pinus silestris), составляют смоляные кислоты, которые при переработке живицы образуют канифоль - хрупкую стекловидную массу. В живице также содержится 5-7 % неомыляемых (нейтральных) веществ, которые при перегонке ее целиком переходят в канифоль [2].

Добывают живицу путем подсочки. В России наиболее пригодна для подсочки сосна обыкновенная (Pinus silestris L.). Из сосны добывают около 99 % всей живицы [3]. Основную массу живицы в нашей стране добывают в течение июля - августа, в меньших объемах - в мае, июне, сентябре. Таким образом, живица является сезонным сырьем. Для обеспечения равномерной работы предприятия необходимо создавать запасы живицы.

При переработке живицы получают до 70-75 % канифоли и 16-20 % скипидара от общего объема вырабатываемых в нашей стране таких продуктов. Получаемые в процессе переработки живицы продукты пользуются большим спросом.

Живичная канифоль имеет весьма широкое применение. Потребителями ее являются около 70 отраслей промышленности: целлюлозно-бумажная, резинотехническая, полиграфическая; производство синтетического каучука; производство кожзаменителей, эмульсионных смазок и др.; производство канифольного клея, лаков и эмалей и др.

Живичный скипидар используется в промышленности в качестве растворителя при производстве различных красок, лаков мастики и вакс. Особая ценность скипидара заключается в том, что он является единственным крупным источником терпенов, которые широко используются в промышленности для синтеза целого ряда веществ: камфары, терпинеола и терпингидрата, производных пинена и камфена, окситерпеновых смол и окситерпеновых растворителей, мебельного лака.

Из разнообразного применения канифоли и скипидара в народном хозяйстве можно видеть, что различные виды модифицированной канифоли (диспропорционированная, полимеризованная, гидрированная), эфиры и резинаты на их основе, производные на базе скипидара и его индивидуальных компонентов - это целая гамма новых продуктов, которые в промышленности будут иметь все больший спрос в дальнейшем. Если учесть при этом, что получаемые из живицы канифоль и скипидар являются наиболее высокого качества, то становится совершенно очевидными дальнейшие перспективы роста и совершенствования подсочного хозяйства - одной из важнейших отраслей лесохимической промышленности.



1. Обзор научно-технической информации

В России промышленная добыча и промышленная переработка живицы была впервые организована в начале 20 века . Как и много лет назад, живица кедра, пихты и лиственницы традиционно находит разнообразное применение в народной медицине (в чистом виде, в составе живичных масел, мазей, кремов или бальзамов), а также широко используется для изготовления скипидара и канифоли. Получаемый из живицы путем перегонки с водяным паром скипидар (терпентинное масло), в свою очередь, является основным сырьем для производства камфоры, входящей в состав медицинских препаратов, используемых для лечения различных заболеваний мышц и суставов, растяжений и ушибов, болезней органов дыхания, заболеваний нервной и сердечно-сосудистой систем. Другой продукт промышленной переработки живицы - канифоль (получаемую при уваривании смолы хвойных деревьев до 170 градусов) применяют в качестве флюса при пайке и лужении, а также используют в лакокрасочной промышленности, в производстве смазочных материалов, резин, пластмасс, мыла, линолеума, электроизоляционных компаундов, мастик, клеевых паст для репеллентов [4].

На более крупных предприятиях был использован паровой способ переработки живицы, по которому нагрев живицы и отгонка скипидара осуществляется паром. Накопленный опыт эксплуатации первых заводов по переработке живицы позволил разработать наиболее надежные и совершенные технологические схемы переработки живицы, оснащенные отечественным оборудованием.

На канифольно-терпентинные заводы поступает сосновая живица, содержащая около 75 % канифоли, 18 % скипидара, 6 % воды и 1 % сора. Переработка живицы включает две стадии процесса: на первой происходит удаление из живицы сора и воды, получаемая при этом очищенная и расплавленная живица называется терпентином; на второй производят отгонку летучей части (скипидара) от нелетучих смоляных кислот. При этом происходит сплавление смоляных кислот с другими твердыми нелетучими компонентами живицы. Получаемый продукт называется живичной канифолью, а операция носит название уваривания канифоли.

Большая заслуга в создании современной технологии переработки живицы принадлежит инженерам К. П. Михееву, М. К. Жлобо, П. П. Полякову и другим работникам отрасли.

B настоящее время существенно изменилось потребление лесохимических продуктов, и образовался устойчивый спрос на них как за рубежом, так и в России. При этом заметно возросли и требования к качеству и потребительским свойствам продуктов, а также их производству, прежде всего технико-экономические и экологические [3].

Живица смолистая густая масса, выделяющаяся из разрезов на хвойных деревьях. По своему химическому составу живица представляет собой раствор твердых изомерных смоляных (дитерпеновых) кислот общей формулой в смеси терпеновых углеводородов, так называемым скипидаре, с общей формулой . Следует отметить, ч то, кроме монотерпеновых углеводородов, в живицах хвойных пород присутствуют кислородосодержащие монотерпеноиды: спирты, эфиры, борнилацетат, и сесквитерпеновые углеводороды и их кислородосодержащие производные (в основном спирты) и нейтральные дитерпеноиды [3].

В процессе добычи живицы в нее попадают сор и вода, качество живицы и ее приемка заводами регламентируется. Как показала практика, в живице, поступающей на канифольно-терпентинные заводы, содержится 71-79 % смоляных кислот, 14-20 % скипидара, 3-6 % воды и 0,7-1,0 % сора, Процент скипидара иногда сильно снижается при длительном хранении живицы [4].

По составу живицу делят на четыре сорта. Содержание тех или иных веществ в живице зависит от породы дерева, климата, места произрастания, возраста дерева и т. д.

В таблице 1 приведена характеристика сортов живицы сосновой (ОСТ 13- 128-93 ) [5].

Таблица 1- Характеристика сортов живицы сосновой

Сорт живицы	Высший	1-й	2-й	3-й
Массовая доля смолистых веществ, %, не менее, в том числе: - скипидара, %, не менее	94 13	93 13	88 13	85 Не нормируется
Массовая доля воды, механических примесей и сухих веществ концентрата сульфитно-дрожжевой бражки, %, в том числе: - механических примесей и сухих веществ концентрата сульфитно-дрожжевой бражки, %, не более, в том числе: а) концентрата сухих веществ сульфитно-дрожжевой бражки, %, не более	6 1,5 -	7 1,5 0,1	12 2,5 0,5	15 8 0,7

К живице третьего сорта относится так называемый баррас, который остается на каррах после окончания сезона подсочки или при заготовках стволового осмола. В составе барраса содержание сора достигает 10-15 %, влаги - до 25 %, а содержание скипидара падает до 7-10 %. Баррас отличается от живицы большей вязкостью, меньшим содержанием скипидара и значительным содержанием стружки, доходящим до пяти и более процентов к весу барраса. Хранят баррас в деревянных бочках или рогожных кулях. Как правило, баррас на заводах перерабатывается совместно с живицей как добавка к ней в количестве 5-10 %. При этом качество канифоли ухудшается.

Кислота ортофосфорная () - это слабожелтая или желтая жидкость, при комнатной температуре представляет собой твёрдое вещество. Кислота обладает хорошей степенью растворимости во многих растворителях, а также она отлично растворяется в воде. В чистой форме при комнатной температуре эта кислота твердая, но при повышении температуры она становится вязкой сиропообразной жидкостью. В связи с этим ортофосфорная кислота применяется зачастую в качестве 85 % водного раствора.

Живичный скипидар представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с характерным запахом, он хорошо смешивается с большинством органических растворителей. На воздухе все компоненты скипидара легко окисляются. Наиболее склонны к автоокислению моноциклические терпены с сопряженной двойной связью - терпинен и др., потом идут бициклические б-, в-пинены и наиболее стойким является камфен.

Многочисленные исследования показали, что качественный химический состав скипидара практически постоянен. В его состав входят: б- пинен, в-пинен, -карен, дипентен, камфен, в -мирцен, б -терпинен, терпинолен, в -фелландрен, трициклен. Терпеновые углеводороды, входящие в состав скипидара, имеют алифатическую, моноциклическую, бициклическую или трициклическую структуру [3, 10]. Живичный скипидар должен быть прозрачным, без осадка и воды; выпускается трех сортов. Показатели качества живичного скипидара приведены в таблице 2 [6].

Таблица 2 - Показатели качества живичного скипидара

Наименование показателя	Норма для сорта
	Высший	1-й	2-й
1. Внешний вид и запах	Прозрачная летучая жидкость с характерным запахом без осадка и воды
2. Плотность,с, при 20 °С, г/см	0,855-0,863
3. Показатель преломления	1,465-1,472	1,465-1,472	1,465-1,475
4. Интенсивность окраски	Не интенсивнее окраски равного по высоте объема раствора сравнения N 1	Не интенсивнее окраски равного по высоте объема раствора сравнения N 2
5. Объемная доля отгона в пределах температур при давлении 101325 Па (760 мм рт.ст.), %:
до 155 °С	Отсутствие
до 170 °С, не менее	92	90	80
6. Массовая доля суммы - и -пинена, %, не менее	60	55	50
7. Кислотное число, мг КОН на 1 г продукта, не более	0,5	0,5	1,0
8. Массовая доля нелетучего остатка, %, не более	0,5	0,5	0,9

Состав скипидара значительно варьируется в зависимости от источника живицы (вида растения (сосна, лиственница, ель и др.), от характера сырья (живица, древесина, ветки и хвоя, пни), а также от времени заготовки и технологии переработки сырья). Скипидар из сосны Pinussylvestris (наиболее распространённый источник живицы) содержит до 78 % пиненов, 10-18 % Д3- карена, 4-6 % дипентена.

Хранить скипидар нужно в стальных цистернах, заполненных не более чем на 93 %, предохраняя от света и воздуха. Во избежание окисления прибавляют различные ингибиторы.

Особая ценность скипидара заключается в том, что он является единственным крупным источником терпенов, которые широко используются в химической промышленности для синтеза целого ряда веществ.

Компоненты скипидара являются основой синтеза камфары, терпинеола и терпингидрата, производных пинена и камфена - полихлоридов (ядохимикаты); окситерпеновых смол и окситерпеновых растворителей, мебельного лака ТК.

Скипидар является ценным сырьем для производства гидроперекисей п- ментана, применяемых для вулканизации резиновых смесей. Перспективными продуктами переработки скипидара являются политерпеновые смолы, как жидкие, так и твердые.

Основной областью применения скипидара в нашей промышленности является использование его в качестве растворителя при производстве масляных и художественных красок, лаков, мастик и вакс. Однако использование скипидара в качестве растворителя надо считать недостаточно рациональным [4].



2. Технологические решения

2.1 Выбор и обоснование технологической схемы производства

Выбранный вариант проведения технологического процесса должен не только обеспечить эффективную переработку сырья с максимальным выходом продукции, но также учитывать объем капиталовложений, уровень автоматизации и механизации.

В отделении первичной переработки живицы технологический процесс переработки живицы складывается из следующих основных операций:

- складирование и первичная обработка живицы;

- плавление живицы;

- очистка от крупного сора и экстракция сора;

- отстаивание (декантация) терпентина [3].

2.1.1 Складирование и первичная обработка живицы

Основное количество живицы добывают в течение июля-августа. В меньших количествах - в мае, июне, сентябре. Таким образом, живица является сезонным сырьем. Для обеспечения равномерной работы предприятия необходимо создавать запасы живицы. Поэтому большую часть живицы летнего поступления оставляют на хранение на специально оборудованных заводских площадках. Живица с места добычи на заводы поступает в металлических бочках вместимостью 200-250 дм3 с одной отъемной крышкой [3].

В настоящее время существует два способа хранения живицы: в бочках и бестарный способ. Бестарный способ хранения заключается в том, что живицу хранят в больших металлических цистернах объемом до 2000 м3, что позволяет сократить площадь складских помещений и утечку живицы при хранении. Такой способ хранения более приемлем для заводов, перерабатывающих более 7 тыс. т. живицы в год.

Для заводов с меньшими производственными мощностями наиболее выгодным является способ хранения живицы в бочках, несмотря на следующие недостатки: при длительном хранении происходит утечка наиболее богатой скипидаром части живицы (потери около 1 %); требуются большие площади специально оборудованных складских помещений; так же возникают неудобства при выгрузке живицы из бочек в холодное время года.

Для хранения живицы на заводе организовано специальное отделение первичной обработки сырья. Со стороны подъездных путей пол этого отделения устанавливается на уровне пола железнодорожного вагона. Металлические бочки с живицей выгружаются из железнодорожных вагонов на открытую рамку отделения. Каждую бочку взвешивают на специальных весах, а из каждой десятой отбирается проба для анализа состава живицы.

Порожние бочки подвергаются очистке. Очистка может осуществляться горячим водным раствором щелочи, пропаркой острым паром, либо гидравлическим способом [5].

Очистка бочек щелочью и пропаркой паром имеет существенные недостатки: при обработке бочек щелочью они сильно увлажняются - требуется их сушка, а полученный при этом грязный раствор канифольного мыла не находит применения; при пропарке острым паром значительная часть живицы остается на стенках бочки в виде сплавленной стекловидной массы и при последующем заливе портит канифоль и скипидар почти полностью теряется. Очистка бочек гидравлическим способом заключается в том, что бочки очищают струей воды под большим напором над открытым бетонированным водоемом. В результате налипшая живица при этом легко отделяется от стенок бочки и в виде пены стекает в водоем, где она отстаивается от воды и с помощью небольшого шнека направляется в цех на переработку. Этот метод позволяет сэкономить время и снизить потери живицы в производстве [4].

Подготовка живицы к плавлению заключается к выгрузке живицы из бочек и ее размягчении в живицемялке. По принятой технологии в живицемялку так же подают оборотный скипидар для разбавления и ортофосфорную кислоту для осветления, что позволяет сэкономить время и уменьшить число используемых аппаратов.

После предварительной подготовки размягченная и разбавленная живица поступает на стадию плавления.

2.1.2 Плавление живицы

Плавление живицы сводится к нагреву ее до 90-95 °С. Плавление необходимо для того, чтобы из живицы было легче удалить примеси, так как отделить их от вязкой и густой живицы при обычной температуре невозможно. В этих же целях на стадии подготовки живицы в нее добавляют оборотный скипидар для понижения вязкости [5].

Плавление может осуществляться глухим и острым паром. При плавлении глухим паром вся масса живицы располагалась вблизи нагревательных элементов и не обводнялась конденсирующим паром. Однако при этом расплавленную живицу нельзя было отделить от сора, а для очистки от мелкого сора требовался фильтр-пресс. Плавление глухим паром в настоящее время считается нерациональным и не используется.

При плавлении острым паром увеличивается общее содержание воды в живице за счет конденсата, что помогает лучше отделять экстрактивные вещества, уходящие затем с водой при отстаивании. Кроме того, при остром паре живица активно перемешивается, что значительно ускоряется процесс плавления. Недостатком является то, что после плавки в живице повышается содержание воды, которую необходимо удалить.

Плавление может осуществляться в аппаратах периодического и непрерывного действия. В настоящее время на большинстве заводов для плавления живицы используют плавильники периодического действия вместимостью 5,5-6,5 . Плавильник представляет собой цилиндрический сосуд со сферическим дном и крышкой.Он имеет также ложное дно - решетку с ячейками 10 мм для отделения крупного сора от расплавленной живицы. Под ложным днищем располагается барботер, через который обеспечивается подача острого пара давлением 0,4 МПа. Плавильник снабжен двумя люками. Верхний люк используется как смотровой, нижний люк одновременно используется для выгрузки сора (при его ручном удалении) и ремонта и чистки ложного днища [7].

На высоте 2/3 плавильника устанавливается сблокированное с лампой гамма-реле, выдающее световой сигнал, когда живица достигнет его уровня. Таким образом, обеспечивается постоянный объем загрузки живицы, исходя из которого рассчитывают и подают необходимое количество скипидара и фосфорной кислоты. Плавильник оснащен также манометром и предохранительным клапаном. По условиям безопасности плавильник рассчитывают на давление 0,6 МПа, а предохранительный клапан регулируют на давление 0,15-0,2 МПа [8].

B проекте для плавления используется реактор-плавильник непрерывного действия, представляющий собой теплообменный аппарат типа «труба в трубе», снабженный паровой рубашкой и барботажным кольцом в нижней части для подачи острого пара. Недостатком работы этого плавильника является неустойчивость равномерной подачи живицы бетононасосами [8].

После плавления живица поступает на стадию очистки от крупного сора методом фильтрации.

2.1.3 Отстаивание живицы

Очистка живицы проводится в два приема: в друк-фильтре она очищается от грубого сора, в отстойниках - от мелкого сора и воды. Различают два способа очистки живицы от примесей: фильтрационный и декантационный.

При фильтрационном способе расплавленную живицу сначала фильтруют через медную сетку для освобождения от крупного сора, далее подвергают очистки от мелкого сора, песка и слизеподобных веществ в фильтр-прессах, а затем дают некоторое время отстояться от воды в небольших отстойниках. При таком способе живица полностью освобождается от механических примесей.

При декантационном способе (способе отстаивания) живица вначале плавится в плавильнике, освобождается от крупного сора в друк-фильтре и поступает для очистки от мелкого сора и воды в отстойники. Недостатками декантационного способа являются: добавление скипидара для уменьшения плотности живицы, для оборудования требуются большие производственные площади, получается некоторое количество очень грязной живицы - отстоя, которую необходимо перерабатывать отдельно. Но фильтрационный способ более сложен, фильтр-прессы требуют непрерывного наблюдения и трудоемкого обслуживания (смены фильтров, чистки и т. д.), а необходимость в последующем отстаивании профильтрованной живицы от воды все равно не исключается. Поэтому наиболее приемлемым способом является способ отстаивания.

Очистка осуществляется в друк-фильтрах, представляющих собой цилиндрический аппарат автоклавного типа с вертикальной фильтрующей корзиной, покрытой двумя сетками - густой и редкой. Аппарат снабжен змеевиком для подачи глухого пара и барботером - для подачи острого пара. После фильтрации живицы на сетках корзины остается сор, который затем подвергается экстракции, для уменьшения потерь живицы.

Очищенная от крупного сора живица подвергается очистке от мелкого сора и воды.

Отстаивание живицы ведут в отстойниках как периодического, так и непрерывного действия, так же используется батарея отстойников [3].

Отстойники периодического действия выполнены в виде цилиндрических емкостей с конусообразным днищем, вместимостью от 8 до 15 т живицы. Однако по своей конструкции они не соответствуют эффективности процесса разделения живицы от примесей и требуют предельного внимания за их работой. В связи, с чем такие отстойники соединяют последовательно в батарею [9].

Батарея последовательно соединенных между собой отстойников более удобна, потому что при такой системе основная масса сора и воды отстаивается в первых двух отстойниках (считая от плавильника), и чистить приходится только их. Живица непрерывно перетекает из одного отстойника в другой и из последнего поступает в буферный бак, однако слив грязевого отстоя, как и в отстойнике периодического действия, производится периодически [4].

Наиболее надежным и хорошо зарекомендовавшим себя в эксплуатации является отстойник непрерывного действия М.К. Жлобо и П.П. Полякова, так как он имеет ряд преимуществ перед периодически действующим отстойником и каскадом отстойников. Эти преимущества заключаются в следующем: производительность почти в два раза больше, меньше затраты труда, вдвое меньше производственные площади.

При работе отстойников необходимо добиваться максимального уменьшения содержания воды в терпентине, так как вместе с водой на канифолеварение попадает фосфорная кислота, вызывающая изомеризационные превращения смоляных кислот, что в конечном итоге приводит к кристаллизации канифоли [2].

Таким образом, на основании вышеизложенного принимаем в проекте плавильник типа «труба в трубе» и непрерывно действующий отстойник.

2.2 Теоретические основы процесса

2.2.1 Переработка живицы

На канифольно-терпентинные заводы поступает сосновая живица, содержащая примерно 75 % канифоли, 18 % скипидара, 6 % воды и 1 % сора. Вытекающая при ранениях дерева сосновая живица представляет собой прозрачную смолистую жидкость с приятным сосновым запахом. Из-за испарения скипидара и кристаллизации смоляных кислот живица густеет, становится мутной, непрозрачной и вязкой (баррас).

Вместе с живицей на заводы поступает и баррас, содержащий значительное количество окисленных смоляных кислот, что сильно затрудняет его переработку; получаемые при этом из барраса канифоль и скипидар отличаются пониженным качеством. На некоторых заводах баррас не перерабатывают отдельно, а добавляют к обычной живице в плавильник в количестве не более 10 %.

Живица всегда содержит примеси - сор и воду. Вода извлекает из сора содержащиеся там водорастворимые вещества - танниды, красители и слизеподобные вещества, которые затрудняют переработку живицы и придают окраску канифоли. Поэтому вода и сор являются не только балластом, уменьшающим содержание в живице смоляных веществ, но и вредными примесями.

Переработка живицы включает две стадии процесса. На первой стадии происходит удаление из расплавленной и осветленной живицы сора и воды. Получаемая при этом очищенная и расплавленная живица называется терпентином. На второй стадии производят отгонку летучей части (скипидара) острым паром от нелетучих смоляных кислот. При этом происходит сплавление смоляных кислот с другими твердыми нелетучими компонентами живицы. Получаемый продукт называется живичной канифолью, а операция носит название уваривание канифоли [6].

2.2.2 Осветление живицы

Поступающая на канифольные заводы живица обычно окрашена в темно- серый или бурый цвет и редко сохраняет свою натуральную белую или желтоватую окраску. Цвет живицы зависит от разных причин: желтоватой и буроватой она становится от окисления, главным образом, на каррах или при долгом хранении на складах и хранилищах; темно-серый цвет говорит о загрязнении живицы окислами железа при хранении в железных приемниках.

Применение стальных неоцинкованных приемников на подсочке и стальной аппаратуры в канифольно-терпентинном производстве (шнеки, сборные коробки для живицы, плавильники и др.), все это приводит к образованию резинатов железа Fe(). Возможно образование более сложных соединений в результате окисления смолистых веществ кислородом воздуха. Так же в живице присутствуют танниды и красители, содержащиеся в соре, и продукты их взаимодействия с железом и другими минеральными примесями. И, наконец, в живице имеются продукты окисления жирных и смоляных кислот, которые содержатся особенно много в баррасе. Все эти соединения дают при переработке живицы окрашенную канифоль, что ухудшает ее качество [3, 4].

Для повышения качества канифоли, главным образом цветности, живицу подвергают осветлению. Осветление живицы производится химическим способом в одном потоке с процессом плавления, когда через плавильники пропускают водный раствор ортофосфорной кислоты концентрацией 5-7 %. Расход кислоты зависит от цвета сырья и составляет 3,5-7,0 кг/1 т живицы [3].

Взаимодействие фосфорной кислоты с резинатами железа проходит по cхеме

(1)

Соли железа фосфорной кислоты бесцветны и хорошо растворимы в воде. И успешно отделяются от живицы при отделении ее от воды и сора в отстойниках.

Высокий эффект осветления и предупреждение кристаллизации достигаются путем дополнительной промывки отстоявшейся живицы водой, которая обеспечивает практически полное удаление солей железа фосфорной кислоты, таннидов и красящих веществ, а также остатков фосфорной кислоты и других водорастворимых веществ, попадающих в живицу при ее добыче или вносимых в процессе переработки. Промывку терпентина осуществляют горячей водой, которую вводят в количестве 10 % по отношению к терпентину. Осуществляют промывку периодическим или непрерывным способами. Для периодического способа используют баки, снабженные мешалкой. Продолжительность промывки - 1 час. Для промывки непрерывным способом используют шаровые смесители. Удаление солей железа, таннидов и красящих веществ улучшает цветность канифоли, а удаление фосфорной кислоты предупреждает изомеризацию смоляных кислот на стадии уваривания канифоли [5].

На некоторых зарубежных заводах для осветления живицы применяют щавелевую кислоту. Но применение щавелевой кислоты нежелательно, так как образуемые ею при взаимодействии с окислами железа бесцветные соли не растворяются ни в живице, ни в воде. Оставаясь в канифоли, они при последующем ее нагревании, при варке лака, разлагаются с образованием окиси железа, придающей лаку нежелательный темный цвет [7].

2.2.3 Очистка живицы от примесей

Содержащаяся в живице вода обычно эмульгирована в ней и отстаивается только в отдельных случаях. Твердые примеси, или сор, подразделяются на органические и минеральные. Органические примеси находятся в живице обычно в виде сравнительно крупных и более мелких, чем вода, частиц и включений - хвои, кусков коры, древесной стружки, остатков насекомых и некоторых мелких частиц, например, образующейся из коры пыли. Минеральные примеси состоят из мелких частиц пыли и песка, более тяжелых, чем вода. Мелкий сор составляет главную часть примесей, находящихся во взвешенном состоянии в расплавленной живице. При плохой ее очистке эти примеси, в основном пыль от коры, попадают в готовую канифоль.

Отделить примеси от вязкой, густой живицы при обычной температуре невозможно. Поэтому живицу расплавляют, при этом вязкость ее уменьшается (таблица 3) [3].

Таблица 3 - Вязкость живицы в зависимости от содержания скипидара

Температура, ?С	Вязкость живицы, Па·с·, при содержании скипидара, %
	20,4	25	30	35	40
20	-	-	-	-	390
30	-	-	-	500	180
40	-	-	660	230	89
50	-	900	280	100	43
60	950	300	115	51	28
70	300	130	58	30	17
80	145	65	34	19	14,5
90	-	47	26	-	8,1

Механические примеси могут быть отделены от расплавленной живицы простым фильтрованием, а вода - отстаиванием. Обычно для отделения примесей применяют последовательно обе эти операции. При этом в одних случаях стремятся отфильтровать только крупный сор, а при отстаивании отделить воду и мелкий сор. Вода и тяжелый сор опускаются на дно отстойника, а остатки легкого сора всплывают к верху.

Для ускорения процесса отстаивания процесса отстаивания помимо уменьшения вязкости живицы, необходимо применять меры для увеличения разности плотностей между отстаивающимися частицами и живицей. Особенно важно это положение при отстаивании воды, плотность которой очень близка к плотности живицы. Поэтому для отделения воды необходимо не только нагреть живицу, но и увеличить разность между ее плотностью и плотностью воды [4].

Для этого применяют два способа: или увеличивают плотность воды, растворяя в ней соли, например, поваренную соль, или уменьшают плотность живицы, добавляя к ней какой-либо растворитель с низкой плотностью, лучше всего скипидар [3].



2.3 Технологическая схема и ее описание

B отделении первичной переработки живицы подготовка сырья начинается с выгрузки живицы из бочек (1) в живицемялку (2) с помощью электротельфера (3). Туда же подается оборотный скипидар из мерника (4) для разбавления и ортофосфорная кислота для осветления из мерника (6). Разбавленная кислота в мерник (6) поступает из сборника (5) насосом (16). В сборник (5) подается концентрированная ортофосфорная кислота со склада и вода для разбавления из сборника (12) насосом (16). Оборотный скипидар в мерник (4) поступает из сборника (13).

Размягченная, расплавленная и осветленная живица далее бетононасосом (7) подается в плавильник непрерывного действия (8), где при помощи глухого и острого пара нагревается до температуры 95 °С.

Расплавленная живица далее подвергается очистке от примесей. Очистка от крупного сора происходит в попеременно работающих друк- фильтрах (9), куда живица поступает после плавильника. Процесс фильтрации длится в течение 8-16 ч при температуре 90-95 °С. Во время фильтрации из живицы происходит испарение до 10 % скипидара, одновременно со скипидаром идет испарение воды в соотношении вода : скипидар 1:1 (по массе).

Пары воды и скипидара охлаждаются в конденсаторе-холодильнике (10) до температуры 25 °С, после чего конденсат поступает на разделение во флорентину (11), откуда флорентинная вода поступает в сборник (12), а скипидар в сборник (13).

Отфильтрованная живица при помощи давления острого пара передавливается из друк-фильтра (9) в напорный бак (14). Оставшийся на сетке друк-фильтра (9) сор подвергается экстракции горячим скипидаром. Для этого скипидар подается из сборника (13) при помощи насоса (16) через подогреватель (15), где нагревается до температуры 95 °С.

После экстракции экстракт направляется на переработку вместе с профильтрованной живицей, а из сора острым паром отгоняют скипидар, после чего из друк-фильтра (9) удаляют сор.

Из напорного бака (14) живица поступает в верхний непрерывно действующий отстойник (17), где при температуре 90 °С происходит отстаивание живицы от мелкого сора и воды. Отстоявшаяся живица собирается в сборник (18), а отстой направляется на получение воздухо- вовлекающей добавки (ВВД).

Из сборника (18) при помощи насоса (16) живица поступает в реактор- промыватель (19), куда подается флорентинная вода из сборника (12) при помощи насоса (16) через подогреватель (20), где нагревается до температуры 95 °С. В реакторе-промывателе (19) происходит удаление из живицы красящих веществ, таннидов и растворимых солей фосфорной кислоты.

После реактора-промывателя (19) живица самотеком поступает в нижний отстойник (21) непрерывного действия, где происходит окончательное удаление воды и примесей. После отстойника (21) терпентин поступает в контрольный бачок (22), а отстой сбрасывается в канализацию.

2.4 Расчет материального баланса

Исходные данные для расчетов.

1. Сырье - сосновая живица (97 %) и сосновый баррас (3 %). Канифоли в живице - 75 %, в баррасе - 82 %, среднее содержание канифоли в сырье - 75,2 %. Скипидара в живице - 18 %, в баррасе - 7 %, среднее содержание в сырье - 17,7 %. Сора (механических примесей) в живице - 1,5 %, в баррасе - 5 %, среднее содержание в сырье - 1,6 %. Воды в живице - 5,5 %, в баррасе ? 6 %, среднее содержание в сырье - 5,5 %.

2.Расход фосфорной кислоты (100 %) на 1 т живицы - 3 кг.

3. Расход острого пара на плавление - 10 % от загрузки.

4. Количество механических примесей (сора), остающихся на фильтре (в друк-фильтре) ? 90 % от исходного содержания в живице.

5. Расход острого пара на отдувку скипидара из сора после экстракции - 50 % от массы сора.

6. Состав сора после фильтрации: канифоли - 28 %, скипидара - 12 %, воды - 30 %, сора ? 30 %.

7. Состав сора после экстракции: канифоли - 3,4 %, скипидара - 48,4 %, воды - 24,1 %, сора ? 24,1 %.

8. Состав отработанного сора: канифоли - 5,9 %, скипидара - 2,1 %, воды - 50 %, сора ? 42 %.

9. Состав плавающего сора: канифоли - 45 %, скипидара - 15 %, воды - 35 %, сора ? 5 %.

10. Состав тонущего сора: канифоли - 40 %, скипидара - 10 %, воды - 30 %, сора ? 20 %.

11. Количество воды на промывку терпентина - 10 % от массы терпентина.

12. Содержание эмульгированной воды в терпентине - не более 0,5 %.

2.4.1 Узел подготовки живицы

Мощность производства по переработке живицы - 5500 тонн в год.

Потери живицы при транспортировке, загрузке и других работах составляют 3 %. С учетом потерь на производство должно поступить живицы

5500 • 1,03 = 5665 т/год.

В году 365 дней, 35 дней отводится на капитальный и плановый предупредительный ремонты. Число рабочих дней в году составляет

365 - 35 = 330 дней.

Часовая производительность по сырью, G, при непрерывном техническом процессе составит



где A - годовая производительность по сырью, кг/ч;

24 - количество часов в сутках, ч;

330 - число рабочих дней в году.

В составе живицы, поступающей на переработку, приходит:

- канифоли 694,4 • 0,752 = 522,2 кг/ч;

- скипидара 694,4 • 0,177 = 122,9 кг/ч;

- сора 694,4 • 0,016 = 11,1 кг/ч;

- воды 694,4 • 0,055 = 38,2 кг/ч.

В живице содержится 17,7 % скипидара. Для снижения вязкости живицы и придания ей подвижности в живицемялку добавляют оборотный скипидар до содержания его в живице ? 40 %.

После добавления оборотного скипидара количество его в живице, в расчете на смолистые вещества, должно составить

360,8 - 122,9 = 237, 9 кг/ч.

Для улучшения цветности канифоли предусматривают осветление живицы путем добавления ортофосфорной кислоты. Расход ортофосфорной кислоты (100 %-й концентрации) на 1000 кг живицы составляет 3 кг.

При производительности 694,4 кг/ч живицы расход кислоты составит

Для осветления используется 2 %-я ортофосфорная кислота, количество ее составит

в том числе воды будет

105 - 2,1 = 102,9 кг/ч.

При загрузке с живицей приходит вода - 38,2 кг/ч, значит необходимо добавить воды

102,9 - 38,2 = 64,7 кг/ч.

В таблице 4 приведен материальный баланс узла загрузки живицы (живицемялка).

Таблица 4 - Материальный баланс узла загрузки живицы (живицемялка)

Статья прихода	кг/ч	Статья расхода	кг/ч
Живица, в том числе: - канифоль - скипидар - вода	649,4	Живица, в том числе: - канифоль - скипидар - вода	649,4
	522,2		522,2
	122,9		360,8
	38,2		102,9
- сор	11,1	- сор	11,1
Ортофосфорная кислота (100 % - я)	2,1	Ортофосфорная кислота (100 % - я)	2,1
Вода на разбавление	64,7
Скипидар на разбавление	237,9
Итого	1648,5	Итого	1648,5

2.4.2 Узел фильтрации живицы и регенерации сора

В друк-фильтре происходит фильтрация живицы от крупного сора при температуре 90-95 ^_С. В процессе фильтрации происходит частичная отгонка скипидара - 10 % от содержащегося в живице скипидара. Одновременно со скипидаром отгоняются пары воды в соотношении скипидар : вода 1 : 1 (по массе).

Отгоняется скипидара из друк-фильтра

Количество отгоняемой воды также составит 36,1 кг/ч.

При фильтрации на сетке фильтра остается 90 % механического сора

11,1 • 0,9 = 9,99 кг/ч.

Состав сора: канифоль - 28 %, скипидар - 12 %, вода - 30 %, механический сор - 30 %.

Общая масса сора составит

в том числе:

- скипидара 33,3 • 0,12 = 4,0 кг/ч;

- канифоли 33,3 • 0,28 = 9,3 кг/ч;

- воды 33,3 • 0,30 = 10,0 кг/ч.

Живица после фильтрации подается в буферный бак, а затем на отстаивание.

Количество и состав профильтрованной живицы:

- канифоль 522,2 - 9,3 = 512,9 кг/ч;

- скипидар 122,9 + 237,9 - 36,1 - 4,0 = 320,7 кг/ч;

- вода 38,2 + 64,7 - 36,1 - 10,0 = 56,8 кг/ч;

- сор 11,1 - 10,0 = 1,1 кг/ч;

- ортофосфорная кислота 2,1 кг/ч.

Всего профильтрованной живицы ? 893,6 кг/ч.

Оставшийся на сетке сор, пропитанный живицей, подвергается экстракции горячим скипидаром, количество скипидара равно по массе количеству экстрагируемого сора и составляет 33,3 кг/ч.

Сор после экстракции содержит: канифоль - 3,4 %, скипидар - 48,4 %, вода - 24,1 %, сор ? 24,1 %.

Общее количество сора после экстракции составит

в том числе:

- канифоль 41,5• 0,034 = 1,4 кг/ч;

- скипидар 41,5• 0,484 = 20,1 кг/ч;

- вода 41,5 • 0,241 = 10,0 кг/ч;

- сор 41,5• 0,241 = 10,0 кг/ч;

- всего 41,5 кг/ч.

Оставшийся на сетке сор после экстракции подвергается пропарке острым паром для отгонки скипидара (количество пара на отдувку - 50 % от массы сора).

Состав сора после отдувки: канифоль - 5,9 %, скипидар - 2,1 %, вода - 50 %, механический сор - 42 %.

Общая масса сора, поступившего на выгрузку, составит

в том числе:

- канифоль 24,0 • 0,059 = 1,4 кг/ч;

- скипидар 24,0 • 0,021 = 0,5 кг/ч;

- вода 24,0 • 0,5 = 12,0 кг/ч;

- сор 24,0 • 0,42 = 10,1 кг/ч.

Состав и количество конденсата паров отдувки:

- вода 10,1 + 20,8 - 12,0 = 18,8 кг/ч;

- скипидар 20,1 - 0,5 = 19,6 кг/ч;

- всего конденсата 38,4 кг/ч.

В экстракт переходит канифоли

9,3 ? 1,4 = 7,9 кг/ч.

В экстракте содержится скипидара

33,3 + 4,0 - 20,1 = 17,2 кг/ч.

Всего экстракта

17,2 + 7,9 = 25,1 кг/ч.

Полученный экстракт направляется вместе с профильтрованной живицей в буферный бак, а затем поступает на отстаивание. С учетом этого в составе живицы на отстаивание поступает:

- канифоль 512,9 + 7,9 = 520,8 кг/ч;

- скипидар 320,7 + 17,2 = 337,9 кг/ч;

- вода 56,8 кг/ч;

- сор 1,1 кг/ч;

- ортофосфорная кислота 2,1 кг/ч;

- всего 918,7 кг/ч.

В таблице 5 представлен материальный баланс стадии фильтрации живицы и регенерации сора. 

Таблица 5- Материальный баланс стадии фильтрации живицы регенерации сора

Статья прихода	кг/ч	Статья расхода	кг/ч
Фильтрация живицы
Живица, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор	997,0	Живица, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор - ортофосфорная кислота	893,6
	522,2		512,9
	360,8		320,7
	102,9		56,8
	1,1		1,1
Ортофосфорная кислота (100 % - я)	2,1		2,1
		Конденсат, в том числе: - скипидар - вода Сор после фильтрации, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор	72,2 36,1 36,1 33,3 9,3 4,0 10,0 10,0
Итого	999,1	Итого	999,1
Экстракция сора
Сор после фильтрации, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор	33,3 9,3 4,0 10,0 10,0	Сор после экстракции, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор	41,5 1,4 20,1 10,0 10,0
Скипидар на экстракцию	33,3	Экстракт, в том числе: - канифоль - скипидар	25,1 7,9 17,2
Итого	66,6	Итого	66,6
Отдувка скипидара от сора
Сор после экстракции: - канифоль - скипидар - вода - сор	41,5 1,4 20,1 10,0 10,0	Сор на выгрузку, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор	24,0 1,4 0,5 12,0 10,0
Острый пар на отдувку	20,8	Конденсат, в том числе: - вода - скипидар	38,4 18,8 19,6
Итого	62,3	Итого	62,3

2.4.3 Отделение отстаивания живицы и промывки терпентина

На отстаивание поступает живица состава: канифоль - 520,8 кг/ч, скипидар - 337,9 кг/ч, вода - 56,8 кг/ч, сор - 1,1 кг/ч, ортофосфорная кислота (100 % - я) - 2,1 кг/ч, всего - 918,7 кг/ч.

Из отстойника выводится грязевой отстой, состоящий из плавающего и тонущего отстоя. Оставшийся механический сор в терпентине равномерно распределяется между этими слоями отстоя.

Количество механического сора в этих слоях составляет

1,1 • 0,5 = 0,55 кг/ч.

Состав тонущего отстоя: канифоль - 40 %, скипидар - 10 %, вода - 30 %, сор ? 20 %.

Общее количество тонущего отстоя

в том числе:

- канифоль 2,75 • 0,4 = 1,1 кг/ч;

- скипидар 2,75 • 0,1 = 0,28 кг/ч;

- вода 2,75 • 0,3 = 0,83 кг/ч;

- сор 2,75 • 0,2 = 0,55 кг/ч.

Состав плавающего отстоя: канифоль - 45 %, скипидар - 15 %, вода - 35 %, сор ? 5 %.

Общее количество плавающего отстоя:

в том числе:

- канифоль 11 • 0,45 = 4,95 кг/ч;

- скипидар 11 • 0,15 = 1,65 кг/ч;

- вода 11 • 0,35 = 3,85 кг/ч;

- сор 11 • 0,05 = 0,55 кг/ч.

С отстоями уходит:

- канифоль 4,95 + 1,1 = 6,05 кг/ч;

- скипидар 1,65 + 0,28 = 1,93 кг/ч;

- вода 3,85 + 0,83 = 4,68 кг/ч;

- сор 0,55 + 0,55 = 1,1 кг/ч;

- всего 13,76 кг/ч.

В терпентине остается:

- канифоль 520,8 ? 6,05 = 514,75 кг/ч;

- скипидар 337,9 ? 1,93 = 335,97 кг/ч.

Отстоявшийся терпентин должен содержать воды 0,5 %.

В отстоявшемся терпентине общее содержание смолистых веществ составит

514,75 + 335,97 = 850,72 кг/ч.

Количество воды в отстоявшемся терпентине - 0,5 %, тогда всего терпентина будет

В том числе воды

854,99 - 850,72 = 4,27 кг/ч.

Количество сточных вод из отстойника

56,8 - 4,27 - 4,68 = 47,85 кг/ч.

С учетом кислоты сточных вод будет

47,85 + 2,1 = 49,95 кг/ч.

В таблице 6 представлен материальный баланс стадии отстаивания живицы.

Таблица 6- Материальный баланс стадии отстаивания живицы

Статья прихода	кг/ч	Статья расхода	кг/ч
Живица, в том числе: - канифоль - скипидар - вода	918,7	Живица, в том числе: - канифоль - скипидар - вода	854,99
	520,8		514,75
	337,9		335,97
	56,8		4,27
Сор	1,1	Тонущий отстой, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор	2,75 1,1 0,28 0,83 0,55
Ортофосфорная кислота (100 % - я)	2,1
		Плавающий отстой, в том числе: - канифоль - скипидар - вода - сор	11,0 4,95 1,65 3,85 0,55
		Водный отстой	49,95
Итого	918,7	Итого	918,7

2.5 Потребность в оборудовании

На основании расчетов материального баланса осуществляется расчет и подбор основного оборудования, часть оборудования подбирается по производительности.

Потребность в оборудовании отделения первичной переработки живицы.

1 Живицемялка. Живицемялка предназначена для разрыхления живицы. Представляет собой загрузочную воронку со встроенными валами встречного движения, на которые насажены круглые ножи. Живицемялка - это нестандартное оборудование, может быть изготовлена на месте.

Производительность завода по живице составляет 15068,49 кг/сут. Принимаем живицемялку со следующими характеристиками: длина - 2000 мм, ширина - 1400 мм, высота - 1100 мм, производительность - 20000 кг/сут.

2 Мерники. Мерники предназначены для дозирования оборотного скипидара и ортофосфорной кислоты в живицемялку при разрыхлении живицы.

Необходимо добавлять оборотного скипидара 237,9 кг/ч. Принимаем мерник со следующими характеристиками: V = 100 л, d = 500 мм, h = 860 мм.

Необходимо добавлять 100 % - й ортофосфорной кислоты 2,1 кг/ч и 64,7 кг/ч воды для разбавления. Принимаем мерник ортофосфорной кислоты со следующими характеристиками: V = 100 л, d = 500 мм, h = 860 мм.

3 Насосы. Поршневой насос предназначен для перекачивания живицы из живицемялки через плавильник в друк-фильтр.

Необходимо перекачивать живицы 0,11•10^-3 м³/с. Геометрическая высота подъема составляет 11 м, длина трубопровода на линии всасывания ? 2 м, на линии нагнетания - 13 м.

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости, равную 0,6 м/с. Тогда диаметр трубопровода

где d - внутренний диаметр трубопровода, мм;

Q ? объемный расход перекачиваемой среды, м³/с;

щ ? скорость течения жидкости, м/с.

Принимаем стальную трубу 32Ч3,5 мм. Так как расчетный диаметр трубопровода равен принимаемому, то фактическая скорость движения жидкости равна ранее принятой и составляет 0,6 м/с.

Определим потери на трение и местные сопротивления.

Рассчитаем критерий Рейнольдса по формуле

где с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

м - динамический коэффициент вязкости, Па•с.

Плотность перекачиваемой жидкости составляет 979 кг/м³, динамический коэффициент вязкости ? 390•10^-3 Па•с. Тогда

Re = 22,59 < 2300, следовательно, движение жидкости ламинарное, тогда коэффициент трения, л, не зависит от шероховатости трубы и рассчитывается по формуле

Определим сумму коэффициентов местного сопротивления ?ж. Для линии всасывания: вход в трубу - 0,50, задвижка - 0,50. Для линии нагнетания: выход из трубы - 1, колено 90° ? 2,10, внезапное сужение - 1,30, внезапное расширение - 1,70, задвижка - 0,50. Тогда для линии всасывания

Для линии нагнетания

Потери давления, Др_вс, на линии всасывания определяются по формуле

где L_вс - длина всасывающего трубопровода, м.

Аналогично рассчитываем потери давления на линии нагнетания, Др_нагн



где L_нагн - длина нагнетающего трубопровода, м.

Потери напора на всасывающей линии, Н_п.вс, определяем по формуле

где g - ускорение свободного падения, равный 9,81 м/с².

Аналогично определим потери напора на линии нагнетания, Н_п.нагн

Общие потери напор, Н_п, составляют

Н_п = Н_п.вс + Н_п.нагн, (10)

Н_п = 4,17 + 27,20 = 31,37 м.

Напор, развиваемый насосом, Н, находим по формуле

Н = Н_г + Н_п, (11)

где Н_г ? геометрическая высота подъема, м.

Н = 11 +31,37 = 42,37 м.

Выбираем поршневой насос марки НД 1600/100, с производительностью 4,45•10^-4 и развиваемым напором до 100 м.

Центробежный насос. Предназначен для подачи оборотного скипидара в друк-фильтр на экстракцию сора. Производительность составляет 33,3 кг/ч.

Центробежный насос предназначен для подачи отстоявшегося терпентина на канифолеварочную колонну.

Необходимо перекачивать терпентина - 2,51•10^-4 м³/с. Геометрическая высота подъема составляет 15 м. Длина трубопровода на линии всасывания составляет 5 м, на линии нагнетания - 25 м. Местные сопротивления на линии всасывания: вход в трубу, вентиль; на линии нагнетания - три отвода под углом 90°, внезапное расширение, внезапное сужение, выход из трубы и вентиль.

Расчет центробежного насоса проводится так же, как и поршневого.

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости, равную 0,6 м/с. Тогда диаметр трубопровода, рассчитываемый по формуле (3) составляет

Принимаем стальную трубу 32Ч3,5 мм. Так как расчетный диаметр трубопровода не равен принимаемому, то фактическая скорость движения жидкости, щ, из формулы (3) равна

Определим потери на трение и местные сопротивления.

Рассчитаем критерий Рейнольдса по формуле (4).

Плотность перекачиваемой жидкости составляет 927 кг/м³, динамический коэффициент вязкости - 8,1•10^-3 Па•с. Тогда

Re = 1459 < 2300, следовательно, движение жидкости ламинарное, тогда коэффициент трения, л, не зависит от шероховатости трубы и рассчитывается по формуле (5).

Определим сумму коэффициентов местного сопротивления ?ж. Для линии всасывания: вход в трубу - 0,50, задвижка - 0,50. Для линии нагнетания: выход из трубы - 1, колено 90° ? 2,10, внезапное сужение - 1,30, внезапное расширение - 1,70, задвижка - 0,50. Тогда для линии всасывания