технологический модуль комплексной переработки рисовой шелухи

Формула изобретения

1. Технологический модуль комплексной переработки рисовой шелухи с получением диоксида кремния и жидкого стекла из него, включающий участки промывки исходного сырья, сушки и предварительного сжигания, установку окислительного сжигания, накопительные бункеры, весы, сита, упаковочные машины, отличающийся тем, что модуль дополнительно содержит участок рассева исходного сырья, участок утилизации дыма в установке предварительного сжигания, который содержит насос, фильтр-сборник сажи и бак-отстойник, при этом участок промывки сырья состоит из подогреваемых ванн с мешалками с водой и раствором кислоты и устройства для отжима промытой шелухи, участок сушки и предварительного сжигания снабжен центрифугой.

2. Технологический модуль по п.1, отличающийся тем, что рабочие объемы установок предварительного сжигания V₇ и окислительного сжигания V₉ имеют соотношение V₇/V₉ 1,8, а соотношение объемов соответствующих накопительных бункеров V₈/V₁₀ 2,6.

3. Технологический модуль по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит участки деионизации воды, нейтрализации и регенерации кислотных стоков и промывочных вод, очистки воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства высокочистого диоксида кремния, силиката натрия (жидкого стекла), аморфного углерода (сажи) из сырья растительного происхождения и может быть использовано для переработки рисовой шелухи и других культур.

Известен процесс и технологическое оборудование для получения силиката натрия из кварцевого песка (см. Федоров Н.Ф. Введение в химию и технологию специальных вяжущих веществ. Л.: Изд. ЛТИ им. Ленсовета, 1976, Тархов Н.А. и др. Производство металлических электродов. М. , "Высшая школа", 1986, с. 142-163). Процесс включает получение промежуточного продукта - безводного силиката натрия Na₂SiO₃ (силикат-глыба) путем сплавления кварцевого песка с Na₂CO₃ при 1400-1500^oC в пламенных отражательных стекловаренных печах, далее полученную силикат-глыбу распаривают с водой в автоклавах при температуре 150 - 250^oC и давлении 15-20 атм. В результате получают растворимый силикат натрия (жидкое стекло) нужного состава. Кроме указанного основного оборудования на участке промывки исходного песка от глины и органических веществ задействованы сита, сушильное оборудование, накопительные бункеры.

Данные производства силикат-глыбы и жидкого стекла всегда расположены на разных предприятиях. Силикат-глыбу производят на стекольных заводах, а жидкое стекло - непосредственно на предприятиях, использующих жидкое стекло (заводы сварочных электродов, заводы синтетических моющих средств, домостроительные комбинаты). Отсутствие единой технологической линии при производстве жидкого стекла снижает эффективность производства, повышает стоимость. Дымы на заводах не утилизируются.

Известен процесс получения жидкого стекла из рисовой шелухи (см. Патент ГДР 276671 от 07.03.90 г., Патент РФ 2106304 от 23.09.96 г.), основанный на реакции SiO₂ + NaOH --> Na₂SiO₃. Однако, данный способ не реализован в промышленности и нет производственных линий получения жидкого стекла из рисовой шелухи.

Исходя из способа, технологическая линия должна включать участок промывки исходного сырья, оборудование для термообработки рисовой шелухи, бункеры-накопители диоксида кремния и едкого натрия (NaOH), весы, реактор с температурой 90-100^oC, приемный бак.

Известно производство аморфного диоксида кремния из силиката натрия (см. Заявка 95112453/25 от 12.08.94 г. Патент 2079429), который предварительно получают по указанному выше технологическому процессу из кварцевого песка. Силикат натрия обрабатывают соляной кислотой, затем полученный раствор обрабатывают поверхностно-активными веществами с выделением в осадок аморфного диоксида кремния.

В технологической линии используют ванны, сушильные агрегаты, сита, весы, упаковочное оборудование. Данное производство всегда находится отдельно от производства силиката натрия, что ухудшает экономические показатели, так как требуются дополнительные здания, энергетические линии, водно-канализационные коммуникации, транспортные расходы, снабженческие расходы.

Наиболее близкой к данному изобретению является установка получения аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи (см. Патент РФ 2061656 от 10.06.96 г. ). Технологическая линия включает участки промывки исходного сырья, сушки и предварительного сжигания, установку окислительного сжигания, накопительные бункеры, весы, сита, упаковочные машины. Однако, данный способ не реализован в промышленности.

В указанных патентах не предусмотрено оборудование для утилизации дыма, нейтрализации и регенерации кислотных стоков и промывочных вод, деионизации воды, очистки воздуха в производственном помещении.

Целью данного изобретения является создание технологического модуля комплексной, экологически чистой переработки рисовой шелухи с получением аморфного и кристаллического диоксида кремния чистоты 98 - 99,99%, растворимого силиката натрия (жидкого стекла) любой заданной чистоты, а также утилизации дыма с получением аморфного углерода (сажи) и сырья для производства фитиновой кислоты и ксилита, нейтрализации и регенерации кислотных стоков и возвращения части кислоты в производственный процесс, очистки промывочных вод и возвращения части воды в производственный процесс с компоновкой всего оборудования в одном здании.

Поставленные задачи достигаются технологическим модулем комплексной переработки рисовой шелухи, который включает участок рассева исходного сырья, участок его промывки, состоящий из подогреваемых ванн с мешалками с водой и раствором кислоты и устройства для отжима, участок сушки и предварительного сжигания, снабженный центрифугой, установку окислительного сжигания, накопительные бункеры, весы, сита, упаковочные машины, причем модуль дополнительно содержит участок утилизации дыма при установке предварительного сжигания, который имеет насос, фильтр-сборник сажи и бак-отстойник. При этом рабочие объемы установок предварительного сжигания V₇ и окислительного сжигания V₉ имеют соотношение V₇/V₈ 1.8, а соотношение объемов соответствующих накопительных бункеров V₈/V₁₀ 2.6. Технологический модуль дополнительно содержит участок деионизации воды, нейтрализации и регенерации кислотных стоков и промывочных вод, очистки воздуха.

Линия производства диоксида кремния содержит (см. чертеж) участок рассева рисовой шелухи с виброситом 1, участок промывки шелухи, включающий ванну 2 (с мешалкой и подогревом), устройство отжима промытой шелухи 3, ванну кислотную 4 (с мешалкой и подогревом), участок сушки и предварительного сжигания с центрифугой 5, сушильным аппаратом 6, установкой предварительного сжигания 7 (с рабочим объемом V₇) и накопительным бункером 8 (с объемом V₈), участок получения диоксида кремния, включающий установку окислительного сжигания 9 (с рабочим объемом V₉), герметичный накопительный бункер 10 (с объемом V₁₀), сито 11, упаковочную машину 12. При этом участок рассева шелухи расположен в отдельном помещении, участок промывки шелухи расположен в отдельном помещении, участок сушки и предварительного сжигания - в отдельном помещении, участок получения диоксида кремния - в отдельном помещении с системой очистки воздуха от пыли. Установки 7 и 9 периодического или непрерывного действия с соотношением рабочих объемов V₇/V₉ 1,8, накопительные бункеры 8 и 10 имеют соотношение объемов V₈/V₁₀ 2,6.

На данной линии возможно и рентабельно производство диоксида кремния с чистотой 98-99,99% аморфного и кристаллического.

Линия утилизации дыма содержит систему отсоса дыма с насосом 13, фильтр-сборник сажи 14, бачки 13, сушильную камеру 16, сито 17, упаковочную машину 18, бак-отстойник 19, бак-накопитель 20. Система отсоса дыма с насосом 13 и фильтр 14 находятся непосредственно около установки предварительного сжигания 7, а остальное оборудование - в отдельном помещении.

На данной технологической линии возможно извлечь сажу с чистотой 85-95% в количестве до 8-10% от массы исходной шелухи и получить водные растворы органических соединений - сырье для производства фитиновой кислоты и ксилита, а также для прямого использования в качестве антисептика для обработки семян риса и других культур.

Линия производства жидкого стекла работает по технологии, основанной на реакции SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O и содержит бункер накопительный 21 для диоксида кремния, весы 22, бункер-накопитель 23 для едкого натрия, весы 24, реактор 25, бак приемный 26. Все оборудование находится в отдельном помещении.

На данной технологической линии возможно производство жидкого стекла с любой заданной чистотой и величиной силикатного числа для любых потребителей.

Вспомогательный участок получения деионизированной воды включает дистилляторы 27, 28, фильтр 29. Участок расположен в отдельном помещении. Оборудование участка позволяет получать воду с электропроводностью не более 110^-6 Ом^-1см^-1 или ос.ч. 27-5 по ТУ 6-09-2502-77.

Участок нейтрализации и регенерации кислотных стоков и промывочных вод содержит бак-отстойник приемный 30 для водных стоков, бак 31 для кислотных стоков, электродиализатор 32 для регенерации кислоты, бак 33 подготовки рабочего кислотного раствора, бак 34 щелочного раствора (CaCO₃). Участок расположен в отдельном помещении.

С помощью регенерации кислотных стоков можно вернуть в производство 95-96% кислоты и 30-50% воды.

Участок очистки воздуха содержит фильтр 36 и подает очищенный от пыли воздух в помещение с установкой окислительного сжигания 9, сита 11, упаковочной машины 12.

Чистый воздух необходим для получения высокочистого диоксида кремния и создания санитарных норм в помещении.

Работа на модуле происходит следующим образом. Рисовая шелуха очищается от крупных (солома, стебли) и мелких включений (пыль, посторонние примеси размером менее 2 мм) на вибросите зерновом 1, затем поступает с помощью любого транспортировочного средства (конвейер механический, конвейер пневматический, ручная тележка, тельфер) на участок промывки и загружается в ванну 2, для первых промывок в ванну наливают воду техническую, для окончательной промывки наливают воду деионизированную (дважды дистиллированную в дистилляторах 27, 28 и профильтрованную на фильтре 29), промывку ведут сначала в холодной воде, затем в нагретой до 80-90^oC, промытую шелуху отжимают в устройстве отжима 3 и затем выщелачивают кислотой в ванне 4, в этой же ванне промывают шелуху деионизированной водой, кислотные стоки после выщелачивания поступают в ванну 31, промывочные воды - в ванну 30, чистая шелуха поступает в центрифугу 5 для отгонки воды, а затем в сушильный аппарат 6, высушенная шелуха поступает на установку предварительного сжигания 7, дым при сжигании отсасывается насосом 13 в линию утилизации дыма, а обожженная шелуха поступает в накопительный бункер 8, который с шелухой подается к установке окислительного сжигания 9, при окислительном сжигании, в зависимости от температуры процесса получают аморфный или кристаллический диоксид кремния, который поступает в накопительный герметичный бункер 10, далее диоксид кремния поступает на сито протирочное 11, готовый продукт подается на упаковочную машину 12.

Линия утилизации дыма. Дым с помощью насоса 13 поступает в фильтр-сборник сажи 14, сажа с летучими органическими соединениями периодически (или непрерывно, в зависимости от типа фильтра) разгружается в бачок 15 и направляется в сушильную камеру 16, где отгоняются летучие органические соединения, далее очищенная сажа поступает на сито 17, просеянная сажа подается на упаковочную машину 18, очищенный от сажи дым после фильтра 14 прокачивается через воду в баке-отстойнике 19, после отстоя сажи раствор сливают в бак 20, а сажу сушат в сушильной камере 16; отходящие летучие органические соединения из сушильной камеры 16 прокачивают через воду бака- отстойника 19, вода с растворенными в ней органическими соединениями из бака 20 направляется потребителям для производства фитиновой кислоты и ксилита, а также для прямого использования в качестве антисептика для обработки зерна (риса и других сельскохозяйственных культур).

Линия производства жидкого стекла. Для получения жидкого стекла используют диоксид кремния с чистотой 98-99% (по требованию заказчика из диоксида кремния любой чистоты), а также брак от производства диоксида кремния чистоты 99,9-99,99%. Для получения диоксида кремния чистоты 98-99% не применяют кислотное выщелачивание. Исходную шелуху после очистки на сите 1 подают в ванну промывочную 2, затем на устройство отжима 3 и снова в ванну 2 для промывки горячей и холодной водой технической чистоты, промытая шелуха поступает на центрифугу 5, затем в сушильный аппарат 6, далее в установку предварительного сжигания 7, после обжига шелуху подают в установку окислительного сжигания 9, полученный диоксид кремния без просева подают в накопительный бункер 21, взвешивают на весах 22 и засыпают в реактор 25, раствор едкого натрия из бака 23 поступает на весы 24 и подается в реактор 25, по окончании процесса жидкое стекло выливают в бак приемный 26.

Участок нейтрализации и регенерации. Кислотные стоки из бака-приемника 31 поступают для регенерации в электродиализатор 32, очищенная кислота поступает в бак 33 для разбавления до нужной концентрации, в баке 34 приготавливают свежую кислоту до нужной концентрации, приготовленную кислоту из баков 33, 34 подают в ванну 4, в баке 35 находится нейтрализующий раствор CaCO₃ для нейтрализации кислотных стоков в баке 31 в случае необходимости слива их в канализацию (в случае аварийной ситуации); промывочные воды поступают в бак-отстойник 30 и после отстоя могут использоваться на первой стадии промывки шелухи, отстой (и/или промывочные воды) сливают в автоцистерны и отправляют потребителям для производства фитиновой кислоты, ксилита, а также для прямого использовании в качестве антисептика для обработки зерна перед посевом (риса и других сельскохозяйственных культур).

При производстве высокочистого диоксида кремния (с чистотой не менее 99,9%) используется система очистки воздуха и подачи его в рабочее помещение с целью гарантированного получения продукта высокой чистоты.

Указанные выше соотношения рабочих объемов установок предварительного и окислительного сжигания, а также накопительных бункеров, обусловлено тем, что при предварительном сжигании объем шелухи сокращается в 1,5-1,8 раза, а при окислительном сжигании - в 2,3-2,6 раза.

Технологический модуль рассчитан на производство 5-50 т диоксида кремния в год в зависимости от рабочих объемов оборудования. Для увеличения объемов производства предполагается пропорционально увеличивать количество оборудования (количество модулей).

Объединение всех видов производств в едином здании улучшает экономические показатели всех производств, так как сокращаются транспортные расходы, уменьшается протяженность водно- канализационных коммуникаций, сокращается протяженность энергетических линий.