一种提取造纸黑液中木质素的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种提取造纸黑液中木质素的系统及方法，所述系统包括依次连接的进料单元、超滤单元、纳滤单元和产水单元；本发明专利技术所提供的系统用于提取造纸黑液中的木质素，使得黑液中的木质素提取率达到100％，提纯后的木质素纯度可高达98％，避免了大量无用设备的建设和能源消耗，实现了高效、稳定、低成本提取的目的，而且分离过程中能够分离2万及以上分子量和200‑400分子量并带色素的木质素，达到分层收集，精细处理的目的，具有非常良好的分离效果，同时，相较应用于低级的粘合剂等一般性渠道而言，本发明专利技术可以把黑液的固含量由8％浓缩至24％，在工业生产及应用中具有良好的应用前景。

A System and Method for Extracting Lignin from Black Liquor of Paper Making

The invention provides a system and a method for extracting lignin from black liquor of paper making, which comprises successively connected feeding unit, ultrafiltration unit, nanofiltration unit and water production unit; the system provided by the invention is used for extracting lignin from black liquor of paper making, so that the lignin extraction rate in black liquor reaches 100%, and the purity of purified lignin can reach 98%, avoiding a large amount of lignin. The construction of useless equipment and energy consumption have achieved the goal of high efficiency, stability and low cost extraction, and the lignin with 20,000 or more molecular weights and 200_400 molecular weights and pigments can be separated in the process of separation, which achieves the purpose of stratified collection and fine treatment, and has a very good separation effect. At the same time, compared with general channels such as low-grade adhesives, this method can be applied to the separation of lignin with pigments. The invention can concentrate the solid content of black liquor from 8% to 24%, and has a good application prospect in industrial production and application.

【技术实现步骤摘要】
一种提取造纸黑液中木质素的系统及方法
本专利技术属于分离工艺领域，涉及一种提取造纸黑液中木质素的系统及方法。
技术介绍
造纸工业是世界六大工业污染源之一，造纸废水是我国工业废水中发生量大且很难治理的废水。而制浆过程中产生的造纸黑液是造纸工业的重要污染源。黑液中含有大量的烧碱和杂质，其中65％为有机物，BOD5浓度5000-40000mg/L，COD值一般都在数万mg/L左右，有的甚至高达18万mg/L。黑液中的有机物大部分是由木质素构成的，木质素存在于植物细胞壁内，在制浆工艺的高温、高压、高PH值的情况下溶解于水中，构成黑液的主要污染成份。目前该行业的主流和标准做法有两种：碱回收法和浓缩变性法。两种方法均有弊端。碱回收法需要建设蒸发站、碱回收炉，设备成本昂贵，蒸发浓缩及燃烧黑液需要使用大量的能源，且无法回收木素，造成资源浪费。而浓缩变性法是将黑液浓缩变性为粘合剂，但是变形后黑液中仍含有盐分，只能应用于低级的粘合剂，效益水平较少，无法弥补设备建设、能源消耗等方面的成本。因此鉴于市场需求，亟需一种能够取代这两种主流做法又具有市场可行性的技术成果。CN105714590A公开了一种从造纸黑液中分离木质素和半纤维素并回收碱液的方法，包括造纸黑液的一级超滤(15～25kD陶瓷滤膜)截留出半纤维素，二级超滤(1～5kD陶瓷滤膜)截留出碱木质素，并回收透析的碱液，碱木质素用稀硫酸酸化得木质素悬浮液，经搅拌沉降，排除泥沙，离心过滤(或压滤)，酸洗和去离子水水洗等操作，得纯化的木质素。此方法消除了造纸黑液的主要污染物，分离出有高附加值的木质素和半纤维素，还实现了碱液的循环利用，用酸量少，并可循环使用，实现了零排放，或极少量排放，运作成本低，有很高的社会效益和经济效益。但是，此方法仅仅能够分离2万左右高分子量的木质素磺酸钠，无法截留低分子量的木质素磺酸钠(如200-400的低分子量)。CN107268321A公开了一种造纸工业中木糖粉及木质素磺酸盐提取系统，包括依次通过管道以及阀门相互连接的黑液池、低频振筛、过滤机、蒸发器、第一喷雾干燥装置、固液分离机、反应罐、第二喷雾干燥装置、空气过滤器和热风炉。其提取方法如下：将黑液排放到黑液池中，加入熟石灰使黑液PH值保持在8.5～7.5之间；静置后，液体被输送到低频振筛中进行固液分离，在黑液池、低频振筛和过滤机中产生的固体沉渣被输送到固液分离机中进行固液分离，从过滤机中出来的液体蒸发提纯后，一部分被输送到第一喷雾干燥装置中进行木糖粉的制取、另一部分被输送到反应罐中进行木质素磺酸盐的制取。本专利技术的原料为熟石灰，价格低廉，降低了处理废弃物的成本，有利于产业化推广。但是此法无法截留高分子量(2万以上)和低分子量(200-400)的木素磺酸钠，存在一定缺陷。黑液中的木质素既是污染物，又是一种有用的工业原料，膜技术于1967年开始被用于造纸领域的研究，采用水处理膜过滤黑液是对黑液浓缩液中木质素进行提纯与分子质量分级。因此，本专利技术希望开发一种新型的处理系统，来提取黑液中木质素，既能解决造纸废水的污染问题，同时又能产生经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提取造纸黑液中木质素的系统及方法。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种提取造纸黑液中木质素的系统，所述系统包括依次连接的进料单元、超滤单元、纳滤单元和产水单元。本专利技术提供的提取造纸黑液中木质素的系统，相比于现有的提取方法，通过超滤单元和纳滤单元的联合使用进行分离，使得黑液中的木质素提取率达到100％，提纯后的木质素纯度可高达98％，避免了大量无用设备的建设和能源消耗，实现了高效、稳定、低成本提取的目的。在本专利技术中，提取造纸黑液中木质素的系统指的是一种系统装置。本专利技术提供的提取造纸黑液中木质素的系统，超滤单元和纳滤单元中使用的超滤膜和纳滤膜，为应用静电纺丝技术自主研发所生产的膜，使得分离过程中能够分离2万及以上分子量和200-400分子量并带色素的木质素，达到分层收集，精细处理的目的，具有非常良好的分离效果。本专利技术提供的提取造纸黑液中木质素的系统，管道中的流动的黑液始终处于循环状态，经过超滤、纳滤后，又可循环回相应的进料口中再次进行过滤或循环回循环罐中重新进料，实现动态循环，多次过滤，使得提取率高，提取效果好。优选地，所述进料单元包括依次设置的循环罐和原料进料口。优选地，所述原料进料口通过进料管道与超滤单元连接。优选地，所述进料管道上依次设置有管道过滤器、循环泵、第一压力表、第一热交换器、第一温度表、第一保安过滤器、进料阀门和第二压力表。在本专利技术中，黑液通过管道过滤器时，可以实现对黑液成分的初次过滤；通过控制进料阀门，可以控制进料的流量。优选地，所述超滤单元包括超滤装置和超滤清洗罐。优选地，所述超滤装置设置有超滤装置进料口、第一透液出料口和第一浓液出料口。在本专利技术中，黑液通过超滤装置后，会进行超滤分离，进而得到透液和浓液，通过不同的出料口，进一步输送到不同的处理罐中，进行处理。优选地，所述超滤清洗罐设置有第一透液进料口、第一浓液进料口、第一回流口和第一排空口。优选地，所述纳滤单元包括纳滤进水罐、纳滤装置和纳滤清洗罐。由于纳滤装置和超滤装置的进水操作压力不同，纳滤进水罐作为一个中间缓冲罐，储存超滤产水。优选地，所述纳滤进水罐设置有第二透液进料口、第二排空口和第二透液出料口。优选地，所述纳滤装置设置有纳滤装置进料口、第三透液出料口和第二浓液出料口。优选地，所述纳滤清洗罐设置有第三透液进料口、第三浓液进料口、第二回流口和第三排空口。在本专利技术中，黑液通过纳滤装置后，会进一步进行纳滤分离，同样会得到浓液和透液，因此同样设置不同的出料口，将不同液体输送到不同的处理罐中，进一步进行处理。优选地，所述超滤装置内部设置有超滤膜。优选地，所述超滤膜的截留分子量大于2万。优选地，所述纳滤装置内部设置有纳滤膜。优选地，所述纳滤膜的截留分子量为200-400。优选地，所述超滤膜和纳滤膜均由静电纺丝技术经由多层纳米纤维叠加制备得到。在本专利技术中，通过制成不同孔径的分离膜，使得膜分离过程中能够分离2万及以上分子量和200-400分子量并带色素的木质素，达到分层收集，精细处理的目的。此外，应用静电纺丝技术制备所需的纳滤膜、超滤膜。在静电纺丝过程中，高分子溶液在高压静电场的作用下，首先形成“泰勒锥”，由于高分子链上带上电荷，在泰勒锥里高分子溶液中的高分子链由静电排斥作用将其不断拉长，与此同时溶剂不断挥发，最终在收集板(极)形成直径在微米以下(几十到几百纳米)的纤维，而纳米纤维复合膜就是由多层纳米纤维叠加而成的。在本专利技术中，超滤膜以洁晟自主研发的4040型号卷式超滤膜及其配套的外壳、密封圈为基础，进一步安装自主研发的保安过滤器和管式换热器，以及循环泵、清洗泵等组成配件。在本专利技术中，纳滤膜以洁晟自主研发的8040/200-400型号的卷式纳滤膜及其配套的密封圈、中心管为基础，进一步安装浓液侧电磁流量计等组成配件。一般地，超滤膜设计进水量为60吨/天，纳滤膜设计进水量为51吨/天。在本专利技术中，超滤膜和纳滤膜是特有的，具有以下特点：(1)通过分析、比较和选择膜产品的基底层材料(PET)，调整静电纺丝工序的各项工艺技术参数实现膜的支承层电纺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提取造纸黑液中木质素的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的进料单元、超滤单元、纳滤单元和产水单元。

【技术特征摘要】
1.一种提取造纸黑液中木质素的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的进料单元、超滤单元、纳滤单元和产水单元。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进料单元包括依次设置的循环罐和原料进料口；优选地，所述原料进料口通过进料管道与超滤单元连接；优选地，所述进料管道上依次设置有管道过滤器、循环泵、第一压力表、第一热交换器、第一温度表、第一保安过滤器、进料阀门和第二压力表。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述超滤单元包括超滤装置和超滤清洗罐；优选地，所述超滤装置设置有超滤装置进料口、第一透液出料口和第一浓液出料口；优选地，所述超滤清洗罐设置有第一透液进料口、第一浓液进料口、第一回流口和第一排空口；优选地，所述纳滤单元包括纳滤进水罐、纳滤装置和纳滤清洗罐；优选地，所述纳滤进水罐设置有第二透液进料口、第二排空口和第二透液出料口；优选地，所述纳滤装置设置有纳滤装置进料口、第三透液出料口和第二浓液出料口；优选地，所述纳滤清洗罐设置有第三透液进料口、第三浓液进料口、第二回流口和第三排空口；优选地，所述超滤装置内部设置有超滤膜；优选地，所述超滤膜的截留分子量大于2万；优选地，所述纳滤装置内部设置有纳滤膜；优选地，所述纳滤膜的截留分子量为200-400；优选地，所述超滤膜和纳滤膜均由静电纺丝技术经由多层纳米纤维叠加制备得到。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述进料管道与超滤单元连接的方式为进料管道与超滤单元中的超滤装置进料口相连接；优选地，所述第一透液出料口与第一透液进料口连接；优选地，所述第一透液出料口还与第二透液进料口连接；优选地，所述第一透液出料口设置有第一透液流量计；优选地，所述第一浓液出料口与第一浓液进料口连接；优选地，所述第一浓液出料口与第一浓液进料口连接的管道之间设置有第一清洗阀；优选地，所述第一浓液出料口还与循环罐连接；优选地，所述第一浓液出料口设置有第一浓液流量计和第三压力表；优选地，所述第一浓液出料口与循环罐连接的管道上设置有第一回流阀门；优选地，所述第一回流口与进料管道连接；优选地，所述第一回流口与进料管道的连接位置设置于进料阀门和第二压力表之间；优选地，所述第一回流口与进料管道之间的连接管道依次设置有清洗泵和第二回流阀门。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述第二透液出料口通过纳滤出料管道与纳滤装置进料口相连接；优选地，所述纳滤出料管道依次设置有纳滤进水罐出料阀门、增压泵、第四压力表、第二热交换器、第二温度表、第二保安过滤器、高压泵和第五压力表；优选地，所述第三透液出料口与产水单元连接；优选地，所述第三透液出料口还与第三透液进料口连接；优选地，所述第三透液出料口设置有第二透液流量计；优选地，所述第二浓液出料口与第三浓液进料口连接；优选地，所述第二浓液出料口与第三浓液进料口连接的管道之间设置有第二清洗阀；优选地，所述第二浓液出料口还与循环罐连接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀芳，陈晓琪，徐娜，
申请(专利权)人：上海洁晟环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31