專利名稱：木質(zhì)素分離機與黑液凈化技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造紙工業(yè)蒸煮黑液木質(zhì)素提取和黑液治理的技術(shù)方案，即木質(zhì)素分離、黑液凈化的工藝及設(shè)備。
目前，我國中、小型造紙企業(yè)數(shù)以千計，絕大部分采用堿法制漿，而不具備堿回收設(shè)施，其蒸煮黑液直接排入江河，污染水源，這已成為我國工業(yè)的重大污染源之一。
造紙工業(yè)蒸煮黑液主要成份是木質(zhì)素，此外，還含有些糖類物質(zhì)和無機物等。木質(zhì)素是一種高分子芳香族化合物，是一種豐富的、可再生的天然資源。木質(zhì)素產(chǎn)品可廣泛地被應(yīng)用在道路、橋梁、染料、選礦、石油鉆井、飼料、土壤改良等數(shù)十個工業(yè)部門。如何化害為利？國家為此將其立為“七·五”重點科技攻關(guān)項目。
本發(fā)明的目的是研究，設(shè)計出治理造紙黑液、分離木質(zhì)素的一條新的技術(shù)路線，提供一種能凈化黑液且能分離出較純木質(zhì)素的設(shè)備。從而使得生產(chǎn)高質(zhì)量和高經(jīng)濟價值的木質(zhì)素產(chǎn)品成為可能。
適用于木質(zhì)素分離、凈化造紙工業(yè)蒸煮黑液的技術(shù)，主要通過如下四個步驟來完成(1)造紙工業(yè)蒸煮黑液的預(yù)處理，(2)木質(zhì)素的絮凝與分離，(3)木質(zhì)素的脫水，(4)分離液的后處理。
其相應(yīng)的生產(chǎn)工藝條件如下
一、造紙工業(yè)蒸煮黑液的預(yù)處理因為木質(zhì)素分離機雖然適用范圍寬，但它要求進機黑液的濃度穩(wěn)定，因此第一步需進行黑液濃度調(diào)節(jié)，即把黑液濃度調(diào)節(jié)到0.2’Be(波美)～9’Be之間的某值。第二步是把濃度穩(wěn)定的黑液送入黑液預(yù)處理罐，同時通過壓縮空氣機送入壓縮空氣，維持其工作壓力為2～4kg/cm2，壓縮空氣機具有自動起動裝置，在壓力不足2～4kg/cm2時自動起動把空氣壓入氣缸并送到預(yù)處理罐中。該罐的大小及黑液進入量隨生產(chǎn)能力的不同而不同，黑液進罐流量可在0.5m3/hr～80m3/hr范圍內(nèi)選擇。黑液在預(yù)處理罐中停留時間隨黑液濃度不同而不同，可在3～30分鐘范圍內(nèi)調(diào)整。通過這一過程，黑液中溶進了大量的微氣泡。
二、木質(zhì)素的絮凝與分離發(fā)明人從研究黑液和木質(zhì)素的特性出發(fā)研究了木素分離的基本條件，設(shè)計出木質(zhì)素酸析和氣浮分離合一的木質(zhì)素分離機，該機由絮凝區(qū)和分離區(qū)所構(gòu)成，從預(yù)處理罐引出的黑液與配好一定濃度的酸，通過混合器按比例導(dǎo)進分離機的木質(zhì)素絮凝區(qū)，充分混合后幾秒鐘到十幾秒的時間內(nèi)木質(zhì)素即析出，并受黑液帶入的氣泡粘附而上浮，絮凝區(qū)設(shè)計為倒圓臺狀，使進入的酸和黑液在倒圓臺的下部有限的小體積內(nèi)混合，反應(yīng)更為均勻和完全，另外，析出的木質(zhì)素膠體在上浮時隨著上升的行程橫截面漸漸增大，上升速度漸漸減慢，做到平穩(wěn)地與液體分離，到達大口徑圓面上而逸出到分離區(qū)。
進入絮凝區(qū)的黑液的pH值為8～14，與引入的酸混合，將其pH值調(diào)節(jié)到pH＝2～4時，即可使木質(zhì)素析出，酸可為硫酸、鹽酸、硝酸、工業(yè)級或工業(yè)廢酸;酸的濃度采用10%(重量百分比)以上均可;酸的用量隨黑液的pH值(取決于殘堿量)的不同而不同，以調(diào)節(jié)黑液pH值達到pH＝2～4為準，一般用量為被處理黑液的0.5～4%不等。黑液在絮凝區(qū)停留時間為5～30分鐘;在分離區(qū)的停留時間為20～100分鐘。木質(zhì)素上升的線速度為0.2～12cm/min，上浮至分離機頂部后被旋轉(zhuǎn)著的S形刮板刮入木質(zhì)素溜槽內(nèi)。分離液排放線速度為0.5～12.0cm/min。
三、木質(zhì)素脫水從分離系統(tǒng)分離出的木質(zhì)素物料攜帶著較大量的氣泡，其重度為0.5～0.9g/cm3。木質(zhì)素物料進入木質(zhì)素貯存槽，在槽內(nèi)繼續(xù)上浮，把下部水排掉、轉(zhuǎn)入木質(zhì)素脫水機，把物料加熱到70～90℃，使其縮聚成較大的顆粒，并從木質(zhì)素物料中析出大量的水份，把游離水份排走，得到含水約50%木質(zhì)素物料，可運輸?shù)侥举|(zhì)素加工廠進行加工，必要時尚可用常規(guī)的干燥方式把木質(zhì)素物料干燥到風(fēng)干狀態(tài)。
四、分離液的后處理自分離機排出的分離液pH＝2～4，而國家排放標準pH＝6～9，采用砂濾器過濾，排出液pH值達到中性，其砂濾器所采用砂是細河砂或石英砂。
附圖的圖面說明如下

圖1為木質(zhì)素分離、黑液凈化工藝流程方框圖。
圖2為木質(zhì)素分離、黑液凈化設(shè)備流程圖。
圖3為木質(zhì)素分離機的結(jié)構(gòu)示意圖。
發(fā)明人根據(jù)黑液和木質(zhì)素的特性，采用黑液溶氣、酸析、氣浮分離的方法，設(shè)計了必須滿足上述基本生產(chǎn)工藝條件的木質(zhì)素分離系統(tǒng)的設(shè)備，該系統(tǒng)設(shè)備包括預(yù)處理罐、分離機及其附屬設(shè)備所組成，其示意圖如圖2所示1為濃黑液貯存槽，2為調(diào)節(jié)濃度后黑液貯存槽，3為預(yù)處理罐，4為木質(zhì)素分離機，5為分離木質(zhì)素物料貯存槽，6為木質(zhì)素脫水機。
其中主要設(shè)備為預(yù)處理罐與黑液分離機。
(1)預(yù)處理罐預(yù)處理罐是由兩端呈半球體中間為圓柱體聯(lián)接而成的壓力容器，設(shè)有壓力表、安全閥和流量計，其徑高比為5.5∶1～3∶1，其體積取決于處理量。
(2)木素分離機圖3為木素分離機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為混合器;2為黑液進口;3為酸液進口;4為S形刮板;5為木質(zhì)素出口;6為溜槽;7為分離液出口;8為內(nèi)倒圓臺壁。如圖3所示木質(zhì)素分離機殼體由圓柱體與上圓臺、下倒圓臺聯(lián)接而組成，其殼內(nèi)的下部設(shè)有一個內(nèi)倒圓臺8，內(nèi)倒圓臺的容積稱為木質(zhì)素絮凝區(qū)，而內(nèi)倒圓臺的外周空間及其上部空間均為木質(zhì)素分離區(qū)。
絮凝區(qū)中央設(shè)有與黑液進口2和酸液進口3相連通的混合器1，分離區(qū)的頂部整個圓周均為木質(zhì)素出口5，在木質(zhì)素出口5的上方，設(shè)有S形刮板4，在分離機外殼上方，沿上圓臺周邊設(shè)有帶坡度的木質(zhì)素溜槽6。內(nèi)倒圓臺外周的分離區(qū)底部設(shè)有分離液出口7。木質(zhì)素分離機的制造材料必須是耐酸的。
(3)附屬設(shè)備濃黑液貯存槽和調(diào)節(jié)濃度后的貯存槽是耐堿容器。分離液和木質(zhì)素物料貯存槽是耐酸容器。木質(zhì)素脫水機是一個間接蒸汽加熱器，由耐酸材料構(gòu)成。
下面結(jié)合木質(zhì)素分離黑液凈化工藝流程示意圖和實施例，對本發(fā)明作進一步詳述龍須草硫酸鹽法蒸煮黑液，從黑液貯存槽送至黑液濃度調(diào)節(jié)槽，將黑液濃度調(diào)節(jié)為1.2'Be(波美)黑液PH＝12，并以0.58m3/hr的速度泵入A3鋼為材料制造的體積為φ300mm×1500mm、壁厚為5mm的預(yù)處理罐。送入壓縮空氣，使該罐壓力維持在2.4kg/cm2，停留時間為12分鐘，黑液已溶入足夠的微氣泡，然后黑液從木質(zhì)素分離機的中部通過混合器引進入分離機的絮凝區(qū)，酸液進口2接上的軟管與混合器相通，濃度為30%的H2SO4，與黑液同時進入絮凝區(qū)，酸用量為被處理黑液的0.7%(重量百分比)酸與黑液均勻擴散混合，在10秒鐘之內(nèi)已有大量木質(zhì)素析出，并受黑液中原有的微氣泡所支托上浮，在絮凝區(qū)的停留為10分鐘，上浮的木質(zhì)素進入分離區(qū)后，在分離區(qū)停留時間為30分鐘，木質(zhì)素以8cm/min的速度上浮，到達分離機頂部被旋轉(zhuǎn)著的S形刮板4刮入木質(zhì)素溜槽6內(nèi)，然后送入分離的木質(zhì)素貯存槽靜置存放約3小時，木質(zhì)素繼續(xù)上浮，分離液從貯存槽下部的分離液排出口排出，把分離的木質(zhì)素送入加熱設(shè)備，在間接蒸汽加熱達到90℃，木質(zhì)素繼續(xù)縮聚，再脫出大量分離液，分離出的木質(zhì)素物料含水約50%，即可裝袋，送木質(zhì)素加工廠進行加工。
自分離機排出的分離液后的清液PH＝3～4，采用砂濾器過濾，清液PH值達到中性。
本發(fā)明具有如下積極效果(1)采用本發(fā)明的方法和為使用該方法而專門設(shè)計的設(shè)備，處理造紙工業(yè)蒸煮黑液效果十分顯著，CODcr去除率對單機一次處理可達60～85%，達到國家環(huán)保局、輕工業(yè)部、財政部、國家科委聯(lián)合發(fā)出“關(guān)于防治造紙行業(yè)水污染的規(guī)定”中在1995年前紙廠黑液治理BOD、COD下降的指標要求。表一為造紙廠(以甘蔗渣為原料、用硫酸鹽法蒸煮黑液)的黑液凈化效果。
表一
表一中原黑液和分離液的分析數(shù)據(jù)均由佛山市環(huán)保監(jiān)察中心提供。
(2)經(jīng)過本發(fā)明的分離機分離出的木質(zhì)素純度較高，表二為木質(zhì)素物料的化學(xué)成分。
表二
表二所示的這種較純的原始木質(zhì)素物料，為制造高級高值的木質(zhì)素產(chǎn)品提供了有利條件。
(3)本發(fā)明設(shè)備占地面積小、工藝操作簡單，實現(xiàn)了連續(xù)進入黑液、連續(xù)分離木質(zhì)素和連續(xù)排出清液化害為利的目標，并且設(shè)備投資費用少，具有投產(chǎn)的現(xiàn)實性。
權(quán)利要求
1.適用于木質(zhì)素分離、凈化造紙工業(yè)蒸煮黑液的技術(shù)，其特征在于把黑液溶氣、酸析與氣浮分離集于同一體系，以及采用包括如下四個步驟的工藝方法(1)造紙工業(yè)蒸煮黑液的預(yù)處理，(2)木質(zhì)素的絮凝與分離，(3)木質(zhì)素的脫水，(4)分離液的后處理等，其相應(yīng)的生產(chǎn)工藝條件如下(一)造紙工業(yè)蒸煮黑液的預(yù)處理用全黑液溶氣法(1)黑液濃度調(diào)節(jié)范圍為0.2’Be(波美)～9，Be(波美)；(2)預(yù)處理罐的工作壓力為2～4kg/cm2；(3)黑液進入預(yù)處理罐的流量為0.5m3/hr～80m3/hr；(4)黑液在預(yù)處理罐中的停留時間為3～30分鐘。(二)木質(zhì)素的絮凝與分離用酸析絮凝與氣浮分離法；(1)經(jīng)預(yù)處理罐溶氣后進入絮凝區(qū)的黑液的PH值為8～14，與引入的酸混合，將其PH值調(diào)節(jié)到PH=2～4；(2)黑液在絮凝區(qū)停留時間為5～30分鐘，在分離區(qū)的停留時間為20～100分鐘，在木質(zhì)素分離機內(nèi)以0.2～12cm/min的線速度上浮，上浮至分離機頂部后被旋轉(zhuǎn)著的S形刮板刮入木質(zhì)素溜槽內(nèi)。(三)木質(zhì)素脫水用加熱脫水法把分離的木質(zhì)素物料加熱至70～90℃使木質(zhì)素中大量的游離水充分析出。(四)分離液的后處理用砂濾法調(diào)整PH值砂濾器過濾，砂濾器所采用砂是細問砂式石英砂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素分離，黑液凈化技術(shù)，其特征在于調(diào)節(jié)進入絮凝區(qū)的黑液pH值所用的酸是濃度為10%(重量百分比)以上的硫酸或鹽酸或硝酸或工業(yè)廢酸;其用量為被處理黑液的0.5～4%(重量百分比)。
3.為采用木質(zhì)素分離、黑液凈化技術(shù)而專門設(shè)計的木質(zhì)素分離機系統(tǒng)設(shè)備，其特征在于(1)預(yù)處理罐是由兩端呈半球狀，中間為圓柱形的器件連接而成的壓力容器，其徑高比為5.5∶1～3∶1;(2)木質(zhì)素分離機是由絮凝區(qū)和分離區(qū)所構(gòu)成，絮凝區(qū)中央設(shè)有與黑液進口(2)和酸液進口(3)連相通的混合器(1)，分離區(qū)的頂部為木質(zhì)素出口(5)，在木質(zhì)素出口(5)的上方，設(shè)有S形刮板(4)，在分離機外殼上方，沿上圓臺周邊設(shè)有帶坡度的木質(zhì)素溜槽(6)，內(nèi)倒圓臺(8)外周的分離區(qū)底部設(shè)有分離液出口(7)。
全文摘要
為了從造紙蒸煮黑液中提取較純的木質(zhì)素進行工業(yè)利用，并使黑液得到治理，發(fā)明了木質(zhì)素分離機及其分離木質(zhì)素凈化黑液的一整套設(shè)備和技術(shù)，其特征在于該設(shè)備和技術(shù)把黑液溶氣，酸析和氣浮分離集于同一體系并采用了(1)蒸煮黑液預(yù)處理，(2)木質(zhì)素的絮凝與分離，(3)木質(zhì)素的脫水和(4)分離液的后處理等四個步驟組成的工藝流程及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝條件，實現(xiàn)了生產(chǎn)連續(xù)化，達到化害為利的目的。
文檔編號D21C11/04GK1050241SQ9010765
公開日1991年3月27日 申請日期1990年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月8日
發(fā)明者盧今怡 申請人:華南理工大學(xué)