專利名稱：混有鏈狀分子的液體的提純方法
此發(fā)明涉及到按照專利要點(diǎn)1的概念所述的混有鏈狀分子的液體的提純方法及其實(shí)施此工藝方法所使用的裝置。
在各種不同的工業(yè)部門中，例如在氫氧化鈉液體的生產(chǎn)過程中，眾所周知，它是通過化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行生產(chǎn)的，而且這種溶液在反應(yīng)過程中都會(huì)附帶混有一些可溶物質(zhì)。隨后，這些混有其它物質(zhì)的液體經(jīng)過提純后又返回進(jìn)行再次反應(yīng)的生產(chǎn)過程中。象釀造業(yè)、不含酒精的果汁一類的飲料生產(chǎn)、乳酷業(yè)、鋁的生產(chǎn)以及催化劑、纖維素和粘膠等都是屬于這種類型的加工業(yè)。
混有鏈狀分子的液體，著重存在于附帶產(chǎn)生混有可溶的半纖維素的氫氧化鈉溶液的兩個(gè)工業(yè)部門之中。
可以把這樣一些分子理解為鏈狀分子，即這些分子在一個(gè)方向上的幾何長度至少要大于垂直于此主方向上的長度10的冪的倍數(shù)。
根據(jù)K．Go″tze“符合粘度法的半纖維”，第3版，120頁，理解“工程半纖維素”這一概念，通常認(rèn)為是可溶于氫氧化鈉溶液的纖維素多糖，特別是浸漬液的和麥芽汁液的并以粘度法可除掉的纖維素多糖。在化學(xué)上，這不僅可作為分解了的纖維素來對(duì)待，也可以作為在纖維素生產(chǎn)中所形成木材分解時(shí)的天然半纖維素的降解物來看待。
對(duì)于纖維素的繼續(xù)提純，例如生產(chǎn)膠質(zhì)產(chǎn)品及其衍生物時(shí)，通常在第一階段是進(jìn)行浸(堿)處理，也就是說，用通常含量大于17％的氫氧化鈉強(qiáng)堿溶液進(jìn)行纖維素材料的堿液處理。在進(jìn)行堿液處理時(shí)，大部分的半纖維素和纖維素的分解物已被溶解。需要回收的氫氧化鈉溶液的實(shí)驗(yàn)液，通過透析而變成純凈的浸漬液。這種工藝方法會(huì)帶來投資成本高和維護(hù)費(fèi)用貴的問題。此外，為了再次利用，需要把水分蒸發(fā)掉來進(jìn)行提純和濃縮極稀的氫氧化鈉溶液。
這些缺點(diǎn)在DE-A-2 433235中闡述了其排除方法。在這種由循環(huán)的含有半纖維素堿液排除半纖維素的工藝方法，使堿液附加了一種或幾種有機(jī)的化合物，這些有機(jī)化合物在處于大氣壓時(shí)所具有的沸點(diǎn)低于100℃，例如，象既可以易溶于水又可以易溶于堿性溶液的甲醇的或乙醇的脂肪族醇。然后，由主液分離出來的半纖維素沉淀物和有機(jī)化合物，通過蒸發(fā)而進(jìn)行回收，而且提純了的堿液又返回到過程循環(huán)中。
在DE-A-3405208中，闡述了此方法的改進(jìn)措施。對(duì)于這種改進(jìn)了的工藝方法，由在粘膠制備時(shí)附帶產(chǎn)生的堿液，在使用了脂族醇的情況下同樣對(duì)半纖維素起到發(fā)生沉淀的作用。為了改善半纖維素沉淀效率，首先是把堿液進(jìn)行超滲濾，然后再把半纖維素含量濃縮到90～140g／l。
為了避免能引起不易滿足的工藝過程和輸入蒸發(fā)分離用的能量的脂族醇的額外增加，則在US-4-4270914中提出了另一種添加液。它是以超滲濾把半纖維素從氫氧化鈉溶液循環(huán)過程中分離出來，其分離極限為10000道爾頓(=g／mol)。此摩爾質(zhì)量數(shù)據(jù)表明，值為10000道爾頓的90％的試驗(yàn)液分子得到抑制，而且其中具有較大摩爾質(zhì)量的分子被抑制所占的百分率大，而且具有較小摩爾質(zhì)量的分子占的比例很少，以至完全不能得到抑制。
在US-A-3556992中，闡述了利用超滲濾來分離半纖維素法。需要提純的液體，通過一個(gè)各向異性的薄膜進(jìn)行滲濾，而且其在第一階段的工作壓力能保證使半纖維素在薄膜表面上形成凝膠。隨后，為了共同施加壓力以至使液體穩(wěn)定地通過薄膜而提高工作壓力。在最后階段，再把工作壓力降低到第一階段的壓力值。所施加的壓力要與超滲濾的等級(jí)相符合。
在FAT SCI工藝方法中(94卷，Nr10，1992年，Eohterdigen，401～403頁)闡述了回收氫氧化鈉液的薄膜分離法。根據(jù)需要過濾的物質(zhì)的摩爾質(zhì)量來決定是采用毫微滲濾，還是采用超滲濾。對(duì)于分離摩爾質(zhì)量為5000～15000道爾頓的半纖維素或聚合物，則使用超滲濾，對(duì)于具有小摩爾質(zhì)量的物質(zhì)，例如摩爾質(zhì)量為500道爾頓的硅酸酯，則使用毫微滲濾。
利用薄膜滲濾進(jìn)行分離的優(yōu)勢(shì)是不需要補(bǔ)充加入沉淀劑和附加能量，例如蒸發(fā)時(shí)所消耗的熱能，雖然在超滲濾中使用的薄膜對(duì)在纖維素和粘膠制造中出現(xiàn)的大分子有足夠地分離限制，但在實(shí)踐中仍然存在著缺陷，這就是薄膜很快就會(huì)被堵塞，而且要利用回沖洗裝置進(jìn)行清潔，也就是說，利用液體的反流進(jìn)行沖洗。
為此，該發(fā)明的課題是找到一種能解決由氫氧化鈉溶液中分離出已溶解了的半纖維素堵塞薄膜的方法。
此課題解決了專利要點(diǎn)1的薄膜法和標(biāo)有專利要點(diǎn)7的裝置。
符合發(fā)明的工藝方法，不僅適用于氫氧化鈉液流的提純，而且也適用于混有鏈狀分子和具有摩爾質(zhì)量小于10000道爾頓的物質(zhì)的任何液體。
提純受污染的液體，特別是堿液的毫微滲濾法是眾所周知的。根據(jù)大學(xué)薄膜工藝過程教材(教授，工學(xué)博士，R．Rantenlach，Aachen 25，-27，1994年5月)，毫微滲濾如同于反滲濾，而超滲濾如同一種壓力驅(qū)動(dòng)式薄膜法。毫微滲濾法的特點(diǎn)介于眾所周知的反滲濾法與超滲濾法之間。典型的反滲濾薄膜法，當(dāng)超滲濾薄膜首次抑制摩爾質(zhì)量大于1000道爾頓(典型的大于10000道爾頓)的分子時(shí)，完全可以把分子量大于100道爾頓的分子分離開來。毫微滲濾薄膜，其抑制能力是介于此數(shù)值之間。對(duì)于滲濾薄膜，其壓差是相似的。在0．5～3MPa(3～5巴)的壓力進(jìn)行毫微滲濾時(shí)，此值低于反滲濾薄膜的值，而高于超滲濾時(shí)達(dá)到相同滲濾量的值。
毫微滲濾，象反滲濾一樣，首先用于含有離子的液體，而微滲濾與反滲濾相反，一價(jià)的負(fù)離子可以通過薄膜。毫微滲濾要在可靠的，也就是這些物質(zhì)利用超滲濾和微滲濾而不能把它從液體中分離出來。這是因?yàn)楦鶕?jù)分離特性，由于其高的滲透壓力而不適用于反滲透。為了使在輸入側(cè)的過壓盡可能的低及使?jié)B濾量盡量的大，若始終盡量利用薄膜，則應(yīng)盡可能使用高分離極限的過濾法。
下列的一些刊物指出了根據(jù)技術(shù)水平的不同的毫微滲濾法的不同應(yīng)用范圍EP-A-0551245公布了在食品加工業(yè)中用毫微滲濾法提純受污染的浸液。為了分離掉較大顆粒的雜質(zhì)，首先要進(jìn)行微滲濾。毫微滲濾用作分離溶解在液體中的不同粒子以及有機(jī)化合物和多酚化合物。
95／27681闡述了為了回收氫氧化物而利用毫微滲濾提純浸液的方法。在輸入側(cè)抑制住的物質(zhì)的最小為150道爾頓的小摩爾質(zhì)量的有機(jī)化合物，特別是象EDTA或摩爾質(zhì)量為200～400道爾頓的NTA一類的絡(luò)合物。這種方法在食品工業(yè)中獲得使用。
DESALNAT10N(67卷，1987年，Amsterdan，455～465頁)公布了凈化漂白紙時(shí)而受到污染的水的方法。它是利用毫微滲濾來除掉色基。其受污染的凈水的PH值小于受污染浸液的PH值。
CHEMICAL ENGINERING PROGRESS(90卷，1994年3月)紐約，68～74頁)提出了毫微滲濾法的不同應(yīng)用范圍，例如水的去礦物質(zhì)，地下水的凈化，以及造紙時(shí)色素的消除。
由于象半纖維素一類鏈狀分子分離的難度，而且又在不描述的應(yīng)用范圍之內(nèi)，因此也就沒有把它列入本討論之中。
JouRNAL OF MEMBRANE SCIENCE(薄膜科技期刊)(98卷，Nr 3．31．1995年1月Amsterdam，249～262頁)指出了在不同的試驗(yàn)液中利用毫微滲濾的多種實(shí)踐工作。實(shí)驗(yàn)液是由水和氯化鈉、氯化氨、氯化鎂、氯化鐵、蔗糖、甲醛、木質(zhì)磺酸鹽、硫酸葡聚糖、馬鈴薯淀粉和／或主淀粉組成。沒有進(jìn)行帶有鏈狀分子的實(shí)驗(yàn)。首次實(shí)驗(yàn)結(jié)果純粹是現(xiàn)象學(xué)的類型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，能通過薄膜的物質(zhì)比不能通過薄膜的物質(zhì)堵塞的要快。為此就提醒人們，不僅要考慮分子的摩爾質(zhì)量，而且還要考慮分子的結(jié)構(gòu)。第二次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，極化物質(zhì)，由于溶解的離子呈現(xiàn)出與薄膜相同的電荷，因而不堵塞薄膜。
符合發(fā)明的工藝方法中，與所應(yīng)用的知識(shí)不同，一種薄膜的有效分離極限，不僅與要分離的物質(zhì)的摩爾質(zhì)量有關(guān)，而且也與其分子大小有關(guān)。
稱著為與方向有關(guān)的伸長的鏈狀分子，其對(duì)象分離極限為10000道爾頓超滲濾薄膜的大孔徑薄膜的堵塞情況是相同的。由于膜孔是繞組式通道組成，所以分子擠進(jìn)膜孔中而被卡住，因而就把單個(gè)的膜孔堵住。因?yàn)樵谶@些孔處，其壓降大于沒有堵塞的膜孔，因此不能利用循環(huán)沖洗來清除這些膜孔中的堵塞物。清潔的液體把未堵塞的膜孔作為優(yōu)先通道而通過。符合發(fā)明要求的工藝方法與此相反，鏈狀分子由于其分離極限非常小，因而不能堵塞膜孔。
從要分離的半纖維素摩爾質(zhì)量的觀點(diǎn)出發(fā)和從膜孔的直徑來看，超滲濾薄膜雖然可以說是足夠的，但是仍然存在鏈狀分子堵塞膜孔并減少滲濾量以至完全沒有流量。通過使用毫微滲濾薄膜，其開始的滲濾量比超滲濾的滲濾量要小，但是能始終保持滲濾量不變。通過選擇目數(shù)可清除掉薄膜不能滲透的固體顆粒，這種目數(shù)要對(duì)進(jìn)給槽有相對(duì)較大的流通橫截面和允許稱為交叉流動(dòng)的過濾方式。作為用于橫流過濾最適合的方式是繞組式或管式。
在符合發(fā)明的工藝方法中，采用的是商業(yè)上通用的毫微滲濾法。這種方法的分離極限小于1000道爾頓，其優(yōu)選值小于或等于300道爾頓。優(yōu)選所使用的薄膜，是由堿性材料制成。
在符合發(fā)明的工藝方法中，使用的是在相界效應(yīng)中出現(xiàn)的毫微滲濾薄膜。這種效應(yīng)，按所引用的資料--“薄膜法”大學(xué)教材，教授，工學(xué)博士，R．Rautenbach，et，al，Aachen，25．27，1994年5月一是出現(xiàn)在含有單價(jià)和多價(jià)負(fù)離子的溶液去鹽法中。雖然這項(xiàng)內(nèi)容是放在不含離子的氫氧化鈉溶液分離半纖維素的部分中，但是它沒有出現(xiàn)相界效應(yīng)。這表明，這類的薄膜對(duì)分離鏈狀分子，特別是半纖維素，與其它的毫微滲濾薄膜相比，有出人意料的好效果。
在符合發(fā)明的工藝方法中，沒有應(yīng)用分離大顆粒的預(yù)超滲濾。在符合發(fā)明的工藝方法中，允許實(shí)施單獨(dú)的超滲濾，或把幾個(gè)級(jí)別的滲濾串接起來。
下面是符合發(fā)明的工藝方法的優(yōu)選方案說明
符合發(fā)明的工藝方法，基本上與在US4270914所述的工藝方法步驟相同，處理超滲濾，仍然應(yīng)用毫微滲濾。
同時(shí)生成的混有200g NaoH／l的污染液中，含有30g半纖維素／l。為了分離出固體顆粒，必須要使用細(xì)度為20～50μm的過濾器進(jìn)行預(yù)過濾。在隨后的單獨(dú)的毫微滲濾步驟中，其目的是為了把半纖維素的含量由系數(shù)20通過滲透而降低到1．5克半纖維素／l。工作條件是當(dāng)溫度在40～50℃時(shí)輸入側(cè)的壓力為30巴。不存有危險(xiǎn)的30l／(m2．h)決定了要達(dá)到的滲透流量。滲透后的氫氧化鈉濃度比滲透前降低了10％。這種現(xiàn)象可以解釋為滯留物中的半纖維素的增加。半纖維素是被一定量的氫氧化鈉液所溶解。此值是以繞組式方法所測(cè)定的。問題是出在所謂“橫流”過濾上。所使用的間隔器，其名義厚度為50密耳(=0．050英寸=1．27mm)。因?yàn)榕c沿縱向薄膜表面的流速有關(guān)，因而仍然還不能肯定沒有“蛋糕”形成。調(diào)整流速使之沿繞組式的40英寸長度上的壓力降大于1巴。所使用的聚合物薄膜，按其制造商則有一個(gè)300道爾頓的“截止”。在使用這種薄膜來提純既含有單價(jià)離子又含有多價(jià)離子的水狀溶液時(shí)，則相界效應(yīng)就會(huì)出現(xiàn)。為了檢查薄膜的分離極限和程度，則要使用5％的蔗糖溶液進(jìn)行試驗(yàn)。蔗糖的摩爾質(zhì)量為342道爾頓。所求得的值(C輸入-C滲透)／C輸入應(yīng)在0．95與0．96之間。這種獲得的滲透質(zhì)量允許可能會(huì)有微量的增濃的回收的氫氧化鈉溶液重新在循環(huán)中還原，也就是為了增溶重新加入。由于80％的容積的氫氧化鈉溶液得以回收，因此這種方法在經(jīng)濟(jì)性上占有優(yōu)勢(shì)。它一方面減少了新溶液的消耗量，另一方面降低了污染液的提純成本。
權(quán)利要求
1.提純混有摩爾質(zhì)量最小為10000道爾頓的鏈狀分子污染液的方法，其目的是在生產(chǎn)設(shè)備中回收提純了的液體，其中，液體在設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)并因此而混入了鏈狀分子，同時(shí)利用所選擇的薄膜進(jìn)行分離而提純，由此，以具有分離極限最小為1000道爾頓的毫微滲濾法能把液體提純。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，該方法對(duì)于分離極限小于或等于300道爾頓的可以實(shí)施毫微滲濾。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中，該方法可以提純混有氫氧化鈉的溶液。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中，該方法可以提純可溶的鏈狀分子物質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中，該方法必須使用耐堿的毫微滲濾薄膜。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中，該方法可以提純半纖維素液體。
7.如權(quán)利要求1-6之一的方法，其中，實(shí)施該方法的裝置至少要有一個(gè)毫微滲濾薄膜。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中，實(shí)施該方法的裝置至少必須包括一個(gè)繞組式或一個(gè)管式的裝置。
全文摘要
在生產(chǎn)設(shè)備中混有摩爾質(zhì)量最小為10000道爾頓的鏈狀分子的液體,在其返回裝置之前,要利用所選擇的薄膜分離法進(jìn)行提純。對(duì)此,作為例證是以象在纖維素和凝膠生產(chǎn)時(shí)附加產(chǎn)生的混有半纖維素的氫氧化鈉溶液的提純。由此可以看出,薄膜分離方法,對(duì)于分離極限小于1000道爾頓的物質(zhì),要實(shí)施毫微滲濾。
文檔編號(hào)C01D1/28GK1205653SQ96199292
公開日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1996年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月20日
發(fā)明者勒內(nèi)·S·丹齊格 申請(qǐng)人:克雷布斯公司