RU2800459C1

RU2800459C1 - Method for purification of raw sulphate soap

Info

Publication number: RU2800459C1
Application number: RU2022113037A
Authority: RU
Inventors: Елена Валерьевна Старжинская
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХСЕРВИС"
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2023-07-21

Abstract

FIELD: pulp and paper and wood chemical industries.

SUBSTANCE: invention can be used in preparation of crude sulfate soap for processing. The method for purifying raw sulphate soap includes mixing with a washing solution, settling and separating the soap from the aqueous solution. As a wash solution, an aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 3-13 wt.% is used at a volume ratio of sulfate soap:wash solution 1:(0.3-0.5).

EFFECT: invention provides a 3.1-9.4 times reduction in the lignin content in the washed soap, while simultaneously reducing the relative amount of the washing solution and reducing problems with further regeneration of the washing solution.

2 cl, 1 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной и лесохимической промышленности и может быть использовано при подготовке сырого сульфатного мыла к переработке.The invention relates to the pulp and paper and wood chemical industries and can be used in the preparation of crude sulfate soap for processing.

Лигнин - нежелательный компонент сульфатного мыла, так как при получении таллового масла переходит в нерастворимое состояние и т.о. стабилизирует эмульсию, загрязняет таловое масло и сорбирует его на своей поверхности, вызывая существенные потери таллового масла. Предварительное отстаивание сульфатного мыла не позволяет полностью удалить черный щелок и растворенный в нем лигнин.Lignin is an undesirable component of sulphate soap, as it passes into an insoluble state upon receipt of tall oil, and thus. stabilizes the emulsion, pollutes the tall oil and sorbs it on its surface, causing significant loss of tall oil. Preliminary settling of sulfate soap does not completely remove black liquor and lignin dissolved in it.

Известен способ очистки сырого сульфатного мыла, полученного от сульфатной варки целлюлозы [US 4248769] с использованием в качестве промывного раствора нейтрализованного раствора солей от разложения сульфатного мыла серной кислотой путем смешения сырого мыла и промывного раствора, охлаждения смеси в разделительной емкости путем перемешивания медленно вращающейся мешалкой или циркулированием мыла или мыльной смеси через насос или охладитель. В описании к US 4248769 указано, что содержание лигнина снижается в 2,4-2,9 раза. Недостатком данного способа является необходимость подготовки промывного раствора. Нейтрализованный промывной раствор может содержать значительное количество взвешенных веществ, которые попадают в него в результате реакции компонентов щелока с серной кислотой. Присутствие взвешенных веществ нежелательно, т.к. затрудняет процесс промывки мыла, поэтому требуется очистка промывного раствора методами фильтрации, декантации или центрифугирования.A known method of purification of raw sulphate soap obtained from sulphate pulping [US 4248769] using as a wash solution a neutralized salt solution from the decomposition of sulfate soap with sulfuric acid by mixing the raw soap and the wash solution, cooling the mixture in a separation vessel by stirring with a slowly rotating mixer or circulating the soap or soap mixture through a pump or cooler. The description of US 4248769 states that the lignin content is reduced by 2.4-2.9 times. The disadvantage of this method is the need to prepare a washing solution. The neutralized wash solution may contain a significant amount of suspended solids that enter it as a result of the reaction of the lye components with sulfuric acid. The presence of suspended solids is undesirable, because makes it difficult to wash the soap, so cleaning of the wash solution by filtration, decantation or centrifugation is required.

Известен Способ очистки сырого сульфатного мыла от лигнина [SU 1451158] который осуществляют путем смешивания его с водным раствором сульфата натрия и последующим отделением мыла от водной фазы. При смешивании водный раствор сульфата натрия берут с 2-15%-ной концентрацией, а соотношение мыла к водному раствору сульфата натрия от (1:0,5) до (1:2), причем перед отделением в смесь вводят газ для образования пены и образовавшуюся пену дополнительно обрабатывают в противотоке водным раствором сульфата натрия.A known method of purification of crude sulfate soap from lignin [SU 1451158] which is carried out by mixing it with an aqueous solution of sodium sulfate and then separating the soap from the aqueous phase. When mixing, an aqueous solution of sodium sulfate is taken with a 2-15% concentration, and the ratio of soap to an aqueous solution of sodium sulfate is from (1:0.5) to (1:2), and before separation, gas is introduced into the mixture to form foam and the resulting foam is further treated in countercurrent with an aqueous solution of sodium sulfate.

Недостатком данного способа является необходимость ведения процесса в аппаратах большого объема и введения газовой фазы, а также утилизация больших объемов раствора сульфата натрия. Промывной раствор может быть использован повторно, но после накопления в нем компонентов черного щелока должен быть утилизирован в систему регенерации черного щелока, где его упаривают на вакуум-выпарных установках, а затем сжигают в содорегенерационных котлах. При этом следует учитывать, что сульфат натрия при избыточной концентрации в щелоке выпадает в осадок на теплопередающих поверхностях выпарных установок на последующих стадиях утилизации, что приводит к сокращению продолжительности безостановочной работы выпарного оборудования вследствие остановки для чистки оборудования.The disadvantage of this method is the need to conduct the process in large-volume apparatuses and the introduction of the gas phase, as well as the disposal of large volumes of sodium sulfate solution. The washing solution can be reused, but after the accumulation of black liquor components in it, it must be disposed of in the black liquor regeneration system, where it is evaporated in vacuum evaporators and then burned in soda recovery boilers. At the same time, it should be taken into account that sodium sulfate, at an excessive concentration in liquor, precipitates on the heat transfer surfaces of evaporators at subsequent stages of utilization, which leads to a reduction in the duration of non-stop operation of the evaporator equipment due to a stop to clean the equipment.

Известен Способ очистки сульфатного мыла от лигнина [SU 502992], принятый за прототип, включающий промывку мыла 15%-ным промывным раствором сульфата натрия, перемешивание, отстаивание, удаление промывного раствора, в котором перед промывкой к промывному раствору сульфата натрия добавляют белый щелок в количестве, обеспечивающем рН раствора 9-14. Объемное соотношение сырого сульфатного мыла и промывного раствора 1:2, температура 40-50°С. В SU 502992 описана реализация способа, осуществленная в лабораторных условиях с применением делительной воронки, и промывка осуществлялась неоднократно. При таких условиях содержание лигнина в промытом мыле было снижено в 7-9 раз. Совершенно очевидно, что в промышленных условиях и при однократной промывке такие высокие показатели недостижимы.A known method for cleaning sulfate soap from lignin [SU 502992], adopted as a prototype, including washing the soap with a 15% washing solution of sodium sulfate, mixing, settling, removing the washing solution, in which white liquor is added to the washing solution of sodium sulfate before washing in the amount providing a solution pH of 9-14. Volume ratio of crude sulfate soap and washing solution 1:2, temperature 40-50°C. SU 502992 describes the implementation of the method carried out in the laboratory using a separating funnel, and washing was carried out repeatedly. Under such conditions, the content of lignin in the washed soap was reduced by 7-9 times. It is quite obvious that in industrial conditions and with a single flush, such high rates are unattainable.

Основным недостатком данного способа является использование концентрированного раствора сульфата натрия, большой объем промывного раствора, в результате чего могут дополнительно потребоваться баки-отстойники и образуется большой объем жидкости для утилизации, которая затруднена в существующей системе регенерации сульфатцеллюлозного производства из-за возможности выпадения осадка сульфата натрия на теплопередающих поверхностях выпарных аппаратов, о чем написано выше.The main disadvantage of this method is the use of a concentrated solution of sodium sulfate, a large volume of washing solution, as a result of which additional settling tanks may be required and a large volume of liquid is formed for disposal, which is difficult in the existing regeneration system of pulp and paper production due to the possibility of sodium sulfate precipitation on heat transfer surfaces of evaporators, as described above.

В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала средств и создание нового способа очисти сырого сульфатного мыла с применением промывного раствора на основе нового реагента - гидроксида натрия.The invention is based on the task of expanding the arsenal of means and creating a new method for cleaning raw sulfate soap using a washing solution based on a new reagent - sodium hydroxide.

Достигаемый комплексный технический результат: снижение содержания лигнина в промытом мыле в 3,1-9,4 раз при одновременном снижении относительного количества промывного раствора и уменьшении проблем с дальнейшей регенерацией промывного раствора.Achievable complex technical result: reduction of the lignin content in the washed soap by 3.1-9.4 times while reducing the relative amount of the washing solution and reducing problems with further regeneration of the washing solution.

Поставленная задача решается тем, что способ очистки сырого сульфатного мыла включает его смешивание с промывным раствором, отстаивание и отделение мыла от водного раствора. От прототипа отличается тем, что в качестве промывного раствора используют водный раствор гидроксида натрия концентрацией 3-13% масс., объемное соотношение сульфатное мыло: промывной раствор 1:(0,3-0,5).The problem is solved by the fact that the method of purification of raw sulphate soap includes its mixing with the washing solution, sedimentation and separation of the soap from the aqueous solution. It differs from the prototype in that an aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 3-13 wt % is used as a washing solution, the volume ratio of sulfate soap: washing solution is 1:(0.3-0.5).

Предпочтительным является применение для промывки раствора гидроксида натрия концентрацией 6-11% масс.It is preferable to use for washing a solution of sodium hydroxide with a concentration of 6-11% of the mass.

Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примеров, не имеющих какого-либо ограничительного характера, ниже описаны предпочтительные варианты реализации.In order to better demonstrate the features of the invention, by way of non-limiting examples, preferred embodiments are described below.

Способ осуществляют следующим образом. В бак для подготовки промывного раствора подается раствор гидроксида натрия, туда же подают воду для разбавления раствора до концентрации 3-13%, предпочтительно 6-11%. Далее в статический смеситель одновременно подают сырое сульфатное мыло и промывной раствор в объемном соотношении 1:(0,3-0,5). Полученную смесь промывного раствора и мыла подают в бак-отстойник, имеющий конусообазное днище с осевым патрубком. Температура процесса составляет 30-80°С, предпочтительно 40-60°С. Температура достигается путем смешения мыла, имеющего температуру 60-90°С с промывным раствором, имеющим температуру 25-30°С.The method is carried out as follows. A solution of sodium hydroxide is supplied to the tank for preparing the washing solution, water is also supplied there to dilute the solution to a concentration of 3-13%, preferably 6-11%. Further, raw sulfate soap and washing solution are simultaneously fed into the static mixer in a volume ratio of 1:(0.3-0.5). The resulting mixture of washing solution and soap is fed into a settling tank having a cone-shaped bottom with an axial pipe. The process temperature is 30-80°C, preferably 40-60°C. The temperature is reached by mixing soap having a temperature of 60-90°C with a washing solution having a temperature of 25-30°C.

Повышение температуры выше 80°С приводит к увеличению продолжительности отстаивания в следствие снижения способности к мицеллообразованию. В примерах температура смеси не превышала 70°С.Increasing the temperature above 80°C leads to an increase in the duration of sedimentation due to a decrease in the ability to form micelles. In the examples, the temperature of the mixture did not exceed 70°C.

В процессе отстаивания мыло с плотностью 900-1000 кг/м³ поднимается наверх. Смесь промывного раствора с лигнином, плотностью 1070-1110 кг/м³ собирается в нижней части бака-отстойника. Отстаивание ведут до тех пор, пока промывной раствор не перестает отделяться от мыла. Промытое сульфатное мыло откачивают в цех разложения сульфатного мыла через патрубок в нижней цилиндрической части бака-отстойника. Отстоявшийся раствор через патрубок конусообазного днища откачивают на регенерацию.In the process of settling soap with a density of 900-1000 kg/m ³ rises to the top. A mixture of washing solution with lignin, density 1070-1110 kg/m ³ is collected in the lower part of the settling tank. Settling is carried out until the washing solution ceases to separate from the soap. The washed sulphate soap is pumped out to the sulphate soap decomposition shop through a branch pipe in the lower cylindrical part of the settling tank. The settled solution is pumped out for regeneration through the branch pipe of the cone-shaped bottom.

Пример 1. В бак-отстойник закачали смесь, состоящую из 326 м³ сульфатного мыла, с содержанием сухих веществ 61% и 130 м³ промывного раствора (объемное соотношение 1:0,39), содержащего 10,2% сухих веществ, концентрация щелочи 5,1%. Смесь отстаивали в течение 192 ч. После того как смесь разделилась на два слоя, нижний слой сливали, очищенное сульфатное мыло анализировали. Эффективность промывки определяли по содержанию лигнина до и после промывки. Результаты исследований приведены в Таблице 1.Example 1. A mixture consisting of 326 m ³ of sulfate soap with a solids content of 61% and 130 m ³ of a washing solution (volume ratio of 1: 0.39) containing 10.2% of solids, alkali concentration was pumped into the settling tank 5.1%. The mixture was allowed to stand for 192 hours. After the mixture had separated into two layers, the bottom layer was decanted and the purified sulfate soap was analyzed. Washing efficiency was determined by the content of lignin before and after washing. The research results are shown in Table 1.

Пример 2. В бак-отстойник закачали смесь, состоящую из 304 м³сульфатного мыла, с содержанием сухих веществ 43% и 118 м³ промывного раствора (объемное соотношение 1:0,39), содержащего 12,0% сухих веществ, концентрация щелочи 6,2%. Смесь отстаивали в течение 96 ч. После того как смесь разделилась на два слоя, нижний слой сливали, а верхний анализировали. Эффективность промывки определяли по содержанию лигнина до и после промывки. Результаты исследований приведены в Таблице 1.Example 2. A mixture consisting of 304 m ³ of sulfate soap with a solids content of 43% and 118 m ³ of a washing solution (volume ratio of 1: 0.39) containing 12.0% of solids, alkali concentration was pumped into the settling tank 6.2%. The mixture was allowed to stand for 96 hours. After the mixture had separated into two layers, the lower layer was decanted and the upper one analyzed. Washing efficiency was determined by the content of lignin before and after washing. The research results are shown in Table 1.

Пример 3. В бак-отстойник закачали смесь, состоящую из 230 м³ сульфатного мыла, с содержанием сухих веществ 39% и 110 м³ промывного раствора (объемное соотношение 1:0,48), содержащего 9,7% сухих веществ, концентрация щелочи 6,9%. Смесь отстаивали в течение 72 ч. После того как смесь разделилась на два слоя, нижний слой сливали, а верхний анализировали. Эффективность промывки определяли по содержанию лигнина до и после промывки. Результаты исследований приведены в Таблице 1.Example 3. A mixture consisting of 230 m ³ of sulfate soap with a solids content of 39% and 110 m ³ of a washing solution (volume ratio of 1: 0.48) containing 9.7% of solids, alkali concentration was pumped into the settling tank 6.9%. The mixture was allowed to stand for 72 hours. After the mixture had separated into two layers, the lower layer was decanted and the upper one analyzed. Washing efficiency was determined by the content of lignin before and after washing. The research results are shown in Table 1.

Пример 4. В бак-отстойник закачали смесь, состоящую из 219 м³ сульфатного мыла, с содержанием сухих веществ 40% и 131 м³ промывного раствора (объемное соотношение 1:0,60), содержащего 9,1% сухих веществ, концентрация щелочи 5,9%. Смесь отстаивали в течение 120 ч. После того как смесь разделилась на два слоя, нижний слой сливали, а верхний анализировали. Эффективность промывки определяли по содержанию лигнина до и после промывки. Результаты исследований приведены в Таблице 1.Example 4. A mixture consisting of 219 m ³ of sulfate soap with a solids content of 40% and 131 m ³ of a washing solution (volume ratio of 1: 0.60) containing 9.1% of solids, alkali concentration was pumped into the settling tank 5.9%. The mixture was allowed to stand for 120 hours. After the mixture had separated into two layers, the lower layer was poured off and the upper one was analyzed. Washing efficiency was determined by the content of lignin before and after washing. The research results are shown in Table 1.

Пример 5. В бак-отстойник закачали смесь, состоящую из 375 м³ сульфатного мыла, с содержанием сухих веществ 37%, и 82,5 м³ промывного раствора (объемное соотношение 1:0,22), содержащего 9,5% сухих веществ, концентрация щелочи 6,7%. Смесь отстаивали в течение 192 ч. После того как смесь разделилась на два слоя, нижний слой сливали, а верхний анализировали. Эффективность промывки определяли по содержанию лигнина до и после промывки. Результаты исследований приведены в Таблице 1.Example 5. A mixture consisting of 375 m ³ of sulfate soap, with a solids content of 37%, and 82.5 m ³ of a washing solution (volume ratio of 1: 0.22) containing 9.5% of solids was pumped into the settling tank , alkali concentration of 6.7%. The mixture was allowed to stand for 192 hours. After the mixture had separated into two layers, the lower layer was decanted and the upper one analyzed. Washing efficiency was determined by the content of lignin before and after washing. The research results are shown in Table 1.

Пример 6 В бак-отстойник закачали смесь, состоящую из 357 м³ сульфатного мыла, с содержанием сухих веществ 45% и 119 м³ промывного раствора (объемное соотношение 1:0,33), содержащего 3,1% сухих веществ, концентрация щелочи 2,0%. Смесь отстаивали в течение 192 ч. После того как смесь разделилась на два слоя, нижний слой сливали, а верхний анализировали. Промывной раствор отделился в незначительном количестве. Эффективность промывки определяли по содержанию лигнина до и после промывки. Результаты исследований приведены в Таблице 1.Example 6 A mixture consisting of 357 m ³ of sulfate soap with a solids content of 45% and 119 m ³ of a washing solution (volume ratio 1:0.33) containing 3.1% of solids, alkali concentration 2 .0%. The mixture was allowed to stand for 192 hours. After the mixture had separated into two layers, the lower layer was decanted and the upper one analyzed. The washing solution separated in an insignificant amount. Washing efficiency was determined by the content of lignin before and after washing. The research results are shown in Table 1.

Пример 7 В бак-отстойник закачали смесь, состоящую из 298 м³ сульфатного мыла, с содержанием сухих веществ 41% и 136 м³ промывного раствора (объемное соотношение 1:0,45), содержащего 18% сухих веществ, концентрация щелочи 14,0%. Смесь отстаивали в течение 96 ч. Смесь превратилась в студень, промывной раствор не отделился. Эффективность промывки определяли по содержанию лигнина до и после промывки. Результаты исследований приведены в Таблице 1.Example 7 A mixture consisting of 298 m ³ of sulfate soap with a solids content of 41% and 136 m ³ of a washing solution (volume ratio 1:0.45) containing 18% of solids, an alkali concentration of 14.0 was pumped into the settling tank %. The mixture was allowed to stand for 96 hours. The mixture turned into a jelly, the washing solution did not separate. Washing efficiency was determined by the content of lignin before and after washing. The research results are shown in Table 1.

Как видно из значений, приведенных в Таблице 1 при соблюдении рекомендуемых условий, содержание лигнина снижается минимум в 3 раза, но может достигать значений больше 9 раз. Если условия не соблюдаются (примеры 5-7 и другие проведенные автором эксперименты, не описанные в примерах) промывка не идет или идет с низкой эффективностью.As can be seen from the values shown in Table 1, under the recommended conditions, the lignin content is reduced by at least 3 times, but can reach values more than 9 times. If the conditions are not met (examples 5-7 and other experiments carried out by the author, not described in the examples), washing does not go or goes with low efficiency.

Промывной раствор должен иметь концентрацию щелочи в диапазоне 3-13% масс., предпочтительно 6-11% масс. - для снижения расхода кислоты при нейтрализации мыла и, соответственно, плотность раствора 1070-1100 кг/м³. Данный диапазон концентрации подобран таким образом, что верхнее значение концентрации ионов натрия гарантирует отсутствие образования гелей в виде структурированных гомогенных систем, в котором каркасом служат мицеллы и их комплексы смоляных и жирных кислот, которые способны удерживать большие количества воды. Нижнее значение концентрации ионов натрия отвечает минимальному требуемому пределу плотности промывного раствора 1031 кг/м³, что важно, поскольку разделение смеси сульфатное мыло: промывной раствор происходит за счет разности плотностей мыла и раствора.The wash solution should have an alkali concentration in the range of 3-13% by weight, preferably 6-11% by weight. - to reduce the consumption of acid in the neutralization of soap and, accordingly, the density of the solution is 1070-1100 kg/m ³ . This concentration range is selected in such a way that the upper value of the sodium ion concentration guarantees the absence of the formation of gels in the form of structured homogeneous systems, in which micelles and their complexes of resin and fatty acids serve as a framework, which are capable of retaining large amounts of water. The lower sodium ion concentration corresponds to the minimum required wash solution density limit of 1031 kg/m ³ , which is important because the separation of the sulphate soap:wash solution mixture occurs due to the difference in soap and solution densities.

Таким образом, в процессе промывки мыло переводят в разбавленный раствор путем добавления промывного раствора, тщательно перемешивают в смесителе и направляют в бак-отстойник, где за счет добавки промывного раствора, представляющего раствор электролитов вновь идет процесс коагуляции и укрупнения мицелл мыла: ионы натрия Na⁺ способствуют дегидратации мицелл мыла за счет собственной гидратации.Thus, during the washing process, the soap is transferred into a diluted solution by adding a washing solution, thoroughly mixed in a mixer and sent to a settling tank, where, due to the addition of a washing solution, which is an electrolyte solution, the process of coagulation and enlargement of soap micelles again takes place: sodium ions Na ⁺ contribute to the dehydration of soap micelles due to their own hydration.

При снижении значения рН молекулы лигнина растворенные в щелоке переплетаются между собой и увеличивают вязкость, следовательно, гидроксид-ионы ОН^- в растворе способствуют снижению вязкости раствора.With a decrease in the pH value, the lignin molecules dissolved in the lye intertwine and increase the viscosity, therefore, the hydroxide ions OH ^- in the solution help to reduce the viscosity of the solution.

Промывка щелочным раствором, содержащим гидроксида натрия в количестве 3-13% масс. позволяет снизить содержание лигнина в сульфатном мыле в промышленных условиях в 3,1-9,4 раза, не вызывая затрат на подготовку раствора и проблем при его утилизации. Объемное соотношении сульфатное мыло: промывной раствор составляет 1:(0,3-0,5), что существенно ниже, чем в прототипе. Отстоявшийся нижний слой не образует осадок на теплопередающих поверхностях выпарных установок на последующих стадиях утилизации, и таким образом не образует проблем с регенерацией раствора.Washing with an alkaline solution containing sodium hydroxide in an amount of 3-13 wt%. allows to reduce the content of lignin in sulfate soap under industrial conditions by 3.1-9.4 times, without causing costs for the preparation of the solution and problems during its disposal. The volume ratio of sulfate soap: washing solution is 1:(0.3-0.5), which is significantly lower than in the prototype. The settled bottom layer does not form a deposit on the heat transfer surfaces of the evaporators in the subsequent stages of disposal, and thus does not create problems with the regeneration of the solution.

Claims

1. A method for cleaning crude sulfate soap, including mixing with a washing solution, settling and separating soap from an aqueous solution, characterized in that an aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 3-13 wt.% is used as a washing solution at a volume ratio of sulfate soap: washing solution 1:(0.3-0.5).

2. Method for cleaning raw sulfate soap according to claim 1, characterized in that the concentration of sodium hydroxide solution is 6-11 wt.%.