Способ разделения сульфатного черного щелока Советский патент 1992 года по МПК C02F1/44 D21C11/00 

(Л

С

Использование: в сульфатцеллюлозном производстве, Сущность осуществляют следующим образом: сульфатный черный щелок, образующийся при сульфатной варке целлюлозы, подвергают разделению на лигниновые и нелигниновые компоненты фильтрацией через динамические мембраны, формируемые из компонентов щелока, в присутствии окислителя пероксида водорода, или кислорода, или воздуха в количестве, обеспечивающем содержание кислорода в растворе 0,015-0,20 моль/л. Способ обеспечивает 90%-ную степень извлечения лигнина.

Изобретение относится к области разделения жидких смесей, в частности к разделению сульфатных черных щелоков с целью их утилизации, и может быть использовано в сульфатцеллюлозном производстве.

В настоящее время наиболее рациональным направлением утилизации сульфатного черного щелока, образующегося е процессе сульфатной варки целлюлозы, является разделение его на лигниновые (высокомолекулярные) и нелигниновые , компоненты с раздельным использованием лигнина как полезного продукта и низкомолекулярных компонентов щелока в качестве химического сырья, в частности для регенерации варочных химикатов.

Известен способ разделения щелоков сульфатцеллюлозного производства мембранным фильтрованием с помощью динамических мембран, формируемых из компонентов щелока, заключающийся в

том, что в разделяемый щелок предварительно вводят серную кислоту до величины рН, превышающей на 1,5-2,5 ед. рН коагуляции примесей щелока, после чего его фильтруют через пористую основу при циркуляции под давлением.

Однако этот способ предназначен для разделения разбавленных сульфатных щелоков (щелоксодержащих вод), концентрация которых по сухому остатку обычно не превышает 10 г/л с целью их очистки от всех видов примесей. Из-за высокой селективности формирующихся динамических мембран ко всем видам примесей - высоко- и низкомолекулярным, в том числе ионным примесям, степень разделения щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты (S), которая может характеризоваться отношением селективности по лигнину (рп) к селективности по сухому остатку (), неприемлемо низка (S 2). Кроме того, при разделении этим способом черных сульфатvi о

W

со

00

Сл

ных щелоков, концентрация которых по сухому остатку обычно превышает 100 г/л, удельная производительность по фильтрату мала и приближается к значениям, при которых мембранное фильтрование становится экономически невыгодным процессом разделения. Таким образом, данный способ непригоден для разделения черных щелоков на лигнииовые и нелигниновые компоненты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ разделения сульфатного щелока мембранным фильтрованием с помощью динамических мембран, формируемых из компонентов щелока, заключающийся в том, что сульфатный щелок фильтруют при циркуляции под давлением 25-59 ат через пористую основу, например, керамическую или графитовую трубку со средним размером пор 0,2-0,6 мкм и более. После достижения стабильных показателей разделения, т.е. окончания формирования динамической мембраны, процесс мембранного разделения проводят в том же режиме. ,

Однако этот способ также не обеспечивает эффективное разделение щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты (степень разделения S 4 2)- Проведение процесса по известному способу при более низком давлении (1 МПа), применяемом для разделения растворов на высоко- низкомолекулярные компоненты, позволяет увеличить степень разделения сульфатного черного щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты, Но и в этом случае степень разделения S невысокая и составляет 2,3- 2,5 (таблица, пример 1).

Целью изобретения является повышение степени разделения сульфатного черного щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты.

Эта цель достигается тем, что в способе разделения сульфатного черного щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты, включающем фильтрование его через динамические мембраны, формируемые из компонентов щелока, процесс ведут в присутствии окислителя пероксида водорода в количестве, обеспечивающем содержание кислорода в растворе 0,015-0,20 моль/л. Способ осуществляется следующим образом.

Сульфатный черный щелок, образующийся при сульфатной варке целлюлозы, направляют в разделительный аппарат, например, трубчатого типа, содержащий в качестве основы для формирования дин.а- мических мембран пористый материал,

стойкий к воздействию щелочной среды и высокой температуры. Непосредственно перед подачей щелока в аппарат в щелок вводят пероксид водорода путем дозирования в расходный бак или всасывающий трубопровод в количестве, обеспечивающем содержание кислорода в растворе 0.015- 0,20 моль/л. Требуемая для осуществления способа концентрация окислителя перокси0 да водорода на порядок и более ниже ХПК сульфатного черного щелока, поэтому лигниновые компоненты, которые относятся к самым трудноокисляемым компонентам щелока, практически не подвергаются химиче5 ской деструкции.

Щелок с введенным пероксидом водорода фильтруют через пористую основу при обеспечении тангенциального потока под давлением 1 МПа. При этом происходит

0 формирование динамической мембраны из компонентов щелока. Окончание формирования динамической мембраны определяют по установлению постоянных значений производительности по пермеату и селективно5 сти. После окончания формирования динамической мембраны проводят фильтрование щелока при постоянном дозировании пероксида водорода в том же режиме. Получаемый пермеат содержат преимуще0 ственно низкомолекулярные нелигниновые компоненты щелока. Высокомолекулярные лигниновые компоненты щелока остаются в концентрате.

Для осуществления способа в качестве

5 пористой основы могут быть использованы любые щелоче- и термостойкие материалы, например, керамические, графитовые, металлические трубки со средним размером пор 0,5-1,2 мкм.

0 Пример. Черный щелок, полученный при сульфатной варке целлюлозы из смешанных пород древесины, с концентрацией по сухому остатку 130 г/л, лигнина - 35 г/л. рН 11,25, температурой 55°С, подают с рас5 ходом 69 л/ч в термостэтируемый расходный бак с мешалкой, Одновременно в расходный бак дозируют пероксид водорода в виде 30%-ного раствора в количестве 1,60 л/ч. При этом концентрация кислорода

0 в щелоке по 02 составляет 0,11 моль/л. Из расходного бака с помощью насоса под давлением 1 МПа щелок подают в трубчатый разделительный элемент, включающий керамическую трубку со средним размером

5 пор 1,1 мкм, поверхностью фильтрования 0,0195 м , высотой напорного канала 1 мм; при этом скорость течения щелока над фильтрующей поверхностью -0,3 м/с. Через 6 ч фильтрования на керамической трубке завершается формирование динамической

мембраны, о чем свидетельствуют постоянные показатели производительности по пермеату и селективности, практически не меняющиеся при дальнейшем фильтровании. Через 12 ч удельная производитель- ность по пермеату (G) составляет 22,3 л/м ч, селективность по лигнину (рл) - 90,3%, по сухому остатку (ytyx.) - 29,0%; степень разделения на лигниновые и нелигниновые компоненты (S) - 3,1.

Таким же образом было осуществлено формирование динамических мембран и разделение сульфатного черного щелока при разной концентрации окислителя в растворе. Результаты представлены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ обеспечивает эффективное разделение сульфатного черного щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты при более высокой, чем в известном способе, селективности по лигнину. Степень разделения щелока S заметно повышается при ведении процесса в присутствии пероксида водорода даже при малой концентрации - 0.015 моль/л по Оа (таблица, пример 2). На- ибольшая степень разделения щелока на лигниновые и нелигникэаые компоненты (S 3} достигается в присутствии пероксида водорода в количестве, обеспечивающем содержание кислорода 0,08-0,20 моль/л (таблица, примеры 5-10); при этом селективность по лигнину составляет около 90% (89-91 %). Дальнейшее увеличение концентрации окислителя не улучшает показатели разделения (таблица, пример 11). Нижний предел концентрации (0,015 моль/л) определен, исходя из значимости положительного эффекта.

Дополнительно к поставленной цели предлагаемый способ обеспечивает улуч-

Результаты разделения сульфатного черного щелока на динамических мембранах (концентрация щелока по сухому остатку 130 г/л; пористая основа - керамическая трубка)

шение производительности по пермеату в сравнении с известным способом (таблица, примеры 6-10). Достаточно высокая производительность достигается при низкой скорости течения щелока над мембранной поверхностью.(0,3 м/с), что позволяет снижать затраты на его циркуляцию.

Повышение температуры щелока не влияет на степень разделения и извлечения лигнина, но существенно увеличивает производительность по пермеату (таблица, примеры 9,10). Это имеет важное практическое значение, такУак черные щелока характеризуются повышенной температурой - 70-80°С и более. Ведение процесса разделения при высокой температуре выгодно и с точки зрения экономии тепла для регенерации минеральных компонентов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить степень разделения сульфатного черного щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты на 10-27%. Одновременно способ повышает селективность по лигнину (до 90%), что позволяет уменьшить его потери как полезного продукта, а также увеличивает производительность по пермеэту в среднем в 1,5 раза.

Формула изобретения

Способ разделения сульфатного черного щелока на лигниновые и нелигниновые компоненты, включающий фильтрование его через динамические мембраны, формируемые из компонентов щелока, отличающийся тем, что, с целью повышения степени разделения, процесс ведут в присутствии окислителя-пероксида водорода в количестве, обеспечивающем содержание кислорода в растворе 0,015- 0,20 моль/л.

Примечание. Пример 1 по прототипу, примеры 2-11 - по предлагаемому способу.

Продолжение таблицы