一种从造纸黒液中提取木质素的膜分离装置的制作方法

本实用新型属于膜分离技术领域，特别是涉及一种从造纸黒液中提取木质素的膜分离装置。

背景技术：

目前造纸黒液资源化利用主要有两种技术路线：碱回收和木质素资源化回收。前者设备投资大、耗能高，无法高效利用木质素资源。后者是通过回收木质素，开发木质素化工产品，提高其高附加值。木质素资源化回收也是大规模利用造纸黑液、缓解并最终根除造纸黑液污染的根本出路。

从黑液中提取木质素的方法有很多，主要有以下几种。(1)常用酸析法分离木素，在黑液中投入无机酸使木质素沉淀，但是此方法主要缺点是分离木素的纯度低，且易造成二次污染，酸性废水量大，环保处理成本高。(2)碱析法，造纸黑液的木质素是典型的多基配位体，含有丰富的醇羟基、酚羟基，羰基，羧基等易螯合基团，可以与添加的金属离子形成木质素螯合物，利用这一性质，可以在碱性条件下通过添加金属离子物质，使木质素螯合物析出。碱析法一般要进行预浓缩，所用蒸发设备投资大，能耗高，蒸发设备易结垢，碱析后黒液的粘度非常大，难以自然沉降。(3)絮凝沉淀法，造纸黑液中存在大量的胶体物质，因此可以通过添加正电荷的木质素絮凝沉淀剂，破坏胶体的稳定性，得到木质素沉淀。絮凝沉淀法存在如下缺点：一是常规絮凝剂本身存在毒性，容易造成潜在的二次污染，二是絮凝沉淀反应时间较长，一般需要8小时左右。(4)高沸醇溶剂法。将高沸醇作为溶剂，把木质素从原料中析出，再利用溶解度不同，通过加水方式使木质素析出。由于回收溶剂时能耗较高，工艺复杂，且容易造成环境污染。(5)超滤法,通过超滤膜法将大分子结构的木质素截留下来，而只让小分子结构的降解的糖类、无机离子等物质通过，由于造纸黒液固含量、悬浮物及杂质含量高，粘度较大，目前文献报道较多的是使用中空纤维膜、卷式膜和无机陶瓷膜处理造纸黒液。

膜处理法提取木质素杂质少、品质好、用途广泛，具有很大的优势，但由于原料本身的特性，容易引发膜污染和堵塞问题，导致系统无法稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种从造纸黒液中提取木质素的装置，该装置为连续浓缩高通量管式超滤系统，膜抗污堵能力强，系统稳定安全可靠，集成化自动化程度高，可以保持在较理想的膜通量的情况下实现长期连续运行。解决了膜法提取造纸黒液中木质素通量低、易堵塞的问题。

具体的技术方案是：

一种从造纸黒液中提取木质素的膜分离装置，其包括原料液储存罐、原料供料泵、木质素提取液储存罐、洗涤液罐和洗涤液进料泵；

原料液储存罐通过原料出料管与原料供料泵的进口相连接，原料供料泵的出口通过主管道与木质素提取液储存罐相连接，在主管道上安装有调压阀，在调压阀与原料供料泵之间的主管道上至少连接有两套管式膜提取模块；

任一管式膜提取模块均包括一过滤部和一循环泵，过滤部具有一进液口、一循环口和一透过液出口；过滤部由若干根管式膜分离组件构成；

该循环泵的进口连通主管道，循环泵的出口连通过滤部的进液口，过滤部的循环口连通主管道；

洗涤液罐连通洗涤液进料泵的进口，洗涤液进料泵的出口至少连通一管式膜提取模块的循环泵的进口。

优选地，所述管式膜提取模块的数量为2-10套。进一步优选，所述管式膜提取模块的数量为5套。

该技术方案在工作时，黑液从原料液储存罐中被原料供料泵打入到主管道中，然后经主管道依次进入到各个管式膜提取模块中，在经各个管式膜提取模块过滤后，所获得的透过液从透过液出口排出进入到下道工序，浓缩液从循环口排出返回到主管道中随黑液进入到下一个管式膜提取模块中继续进行过滤，直到最后进入到木质素提取液储存罐中。在黑液进入到各个管式膜提取模块中的过程中，洗涤液同步进入到至少一个管式膜提取模块中，该洗涤液能够有效地减少过滤膜的阻塞程度，延长管式膜提取模块的单次过滤时间，提高过滤效率。由于主要是为了获得木质素，所采用的洗涤液不会对木质素造成破坏。

进一步，所有的管式膜提取模块分为两组，其中一组为非洗涤组，另一组为洗涤组，其中洗涤组包括1-4套管式膜提取模块；相对于非洗涤组中的管式膜提取模块，洗涤组中的管式膜提取模块连接在更靠近调压阀的主管道上；洗涤组中的每一套管式膜提取模块的循环泵的进口均连通洗涤液进料泵的出口。优选地，洗涤组包括2套管式膜提取模块。

在该方案中，将管式膜提取模块分为两组，并将洗涤液加入到临近调压阀的洗涤组内。当黑液在主管道中流动时，随着不断地经过管式膜提取模块的过滤，其中的木质素含量越来越高，同时导致其它杂质的浓度也逐渐升高，更易于导致管式膜分离组件中的分离膜的堵塞，在该设计中，可以在主管道的下游的管式膜提取模块中添加一定量的洗涤液，使灰分充分透过出去，提高过滤效率及木质素的质量，同时以延缓分离膜的堵塞，从而延长整个设备的过滤时间，在一实施例中，所述管式膜分离组件为有机管式膜组件，每一有机管式膜组件内包括若干根直径5-25mm的管状有机膜元件。优选地，每根有机管式膜组件的截留分子量为2000-100000daltons。进一步优选，管状有机膜元件的直径为12.5mm。该设计中，可以有效地对黑液中的木质素进行截留，同时可以避免木质素对膜上的微孔形成堵塞，保证黑液中的灰分能够被透过出去。

优选地，为保证洗涤液能够顺利地进入到管式膜提取模块中，洗涤液进料泵的扬程较原料供料泵的扬程高5-10米水柱。

该装置可以在较理想的膜通量的情况下实现长期连续运行，通过在生产过程中添加洗涤剂，提高膜通量的同时减少木质素中的灰分，提高木质素的含量。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图。

图2是过滤部的结构简图。

具体实施方式

在本实施例中，从造纸黒液中提取木质素的膜分离装置包括5套管式膜提取模块，每一套管式膜提取模块均包括一过滤部7和一循环泵5。

请首先参阅图2，本实施例中，每一过滤部7均包括三根管式膜分离组件，该管式膜分离组件均为有机管式膜组件71，对应于每个过滤部7均设置有一安装在基础81上的支架82，各有机管式膜组件71固定安装在支架82上。

图2中示例性地显示了3根有机管式膜组件71，在本实施例中，每根有机管式膜组件71的截留分子量为50000daltons。每根有机管式膜组件71内包括7根直径为12.5mm的管状有机膜元件。

各有机管式膜组件71的进口72并联在一起，形成过滤部的进液口75；各有机管式膜组件71的透过液出口73并联在一起，形成过滤部的透过液出口76；且有机管式膜组件71的循环出口74并联在一起，形成过滤部的循环口77。循环泵5的出口经管道6连通所对应的进液口75。

膜分离装置还包括原料液储存罐1、原料供料泵3、木质素提取液储存罐26、洗涤液罐27和洗涤液进料泵29。原料液储存罐1通过原料出料管2与原料供料泵3的进口相连接，原料供料泵3的出口通过主管道4与木质素提取液储存罐26相连接，在主管道4上安装有调压阀25，该调压阀25用于调节主管道4中的压力，以使黑液能够顺利地进入到管式膜提取模块7内进行过滤。

5套管式膜提取模块均安装在调压阀25与原料供料泵3之间的主管道4上。各管式膜提取模块的循环泵5的进口经管道11连通主管道4，循环口77经管道8连通主管道4。为方便描述，依主管道4中黑液的流向，从上游向下游将5个管式膜提取模块分别称为第一模块121、第二模块122、第三模块123、第四模块124以及第五模块125。

洗涤液罐27通过管道28连通洗涤液进料泵29的进口，洗涤液进料泵29的出口连接有一主洗涤液管30，由主洗涤液管30分出两根洗涤液支管211、212。在本实施例中，为保证对各管式膜提取模块均有足够的过滤压力，洗涤液进料泵29的扬程较原料供料泵3的扬程高7米水柱。可以理解，根据不同的管径以及不同数量的管式膜提取模块，洗涤液进料泵29的扬程可以较原料供料泵3的扬程高5、8或10米水柱。

本实施例中，将5套管式膜提取模块分为两组，其中一组为非洗涤组22，另一组为洗涤组23，其中非洗涤组22包括3套管式膜提取模块，洗涤组23包括2套管式膜提取模块。相对于非洗涤组22中的管式膜提取模块，洗涤组23中的管式膜提取模块连接在更靠近调压阀25的主管道上。即第一模块121、第二模块122和第三模块123构成非洗涤组22，第四模块124以及第五模块125构成洗涤组23。

两根洗涤液支管211、212分别对应于第四模块124以及第五模块125，其中洗涤液支管211连接在第三模块123和第四模块124之间的主管道4上，洗涤液支管212连接在第四模块124和第五模块125之间的主管道4上。可以理解，洗涤液支管211可以直接连接着第四模块124的循环泵5的进口上，以及洗涤液支管212可以直接连接着第五模块125的循环泵5的进口上。

在本实施例中，设置了5套管式膜提取模块，其中将2套组成了洗涤组。可以理解，在其它实施例中，根据不同的黑液处理量，管式膜提取模块的数量可以为2套到10套。