CN103349913A

CN103349913A - 一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺

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Publication number: CN103349913A
Application number: CN2013103117830A
Authority: CN
Inventors: 冯涛; 邓传东; 易家祥; 朱小川; 田启兵
Original assignee: Yibin Grace Group Co Ltd; Yibin Grace Co Ltd; Yibin Haisite Fiber Co Ltd
Current assignee: Yibin Grace Group Co Ltd; Yibin Grace Co Ltd; Yibin Haisite Fiber Co Ltd
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN103349913B

Abstract

本发明提出了一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺。其特征在于将经预处理后的废碱液和除盐水按1~2：1的流量比通过泵进入膜组件输送至扩散渗析膜组器，流出的废碱液通过电渗析的阳极室，稀碱液作为电解液通过阴极室，回收阴极室得到的增浓碱，所述经预处理后的废碱液氢氧化钠浓度为50~200g/L，半纤维含量为20~150g/L。本发明根据粘胶纤维生产过程中产生含半纤维素的高浓度废碱的特性，利用扩散渗析和电渗析的组合渗析方法，选择优化的工艺参数，使之具有碱回收率高、能耗低、运行稳定的优点。

Description

一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺

技术领域

本发明涉及一种碱回收工艺，具体涉及一种适用于粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，属于粘胶纤维生产中的废物回收技术领域。

背景技术

粘胶纤维是利用含有天然纤维素的高分子材料木浆、棉浆等经过化学与机械方法加工而成的化学纤维。粘胶纤维是化纤中与天然纤维服装性能最为接近的品种，具有手感柔软、吸湿透气、垂悬飘逸、染色鲜艳、抗静电较易于纺织加工等特点，是源于天然而优于天然的再生纤维素纤维，是纺织工业原料的重要材料之一。我国目前有粘胶纤维企业约40家，除生产普通粘胶纤维(长丝、短纤维)和强力丝外，高湿模量类纤维及特种性能的粘胶纤维也有生产。

粘胶纤维生产过程中需要大量的化工原料，会产生大量的废水，这些废水含有硫酸、硫酸锌、二硫化碳、纤维素、溶解性有机物等，均对环境产生很大的危害，是纺织工业的主要污染源之一。

在粘胶纤维生产过程中，需要用碱溶液通过浸渍方法将原料中的半纤维素溶解出来，否则会对生产工艺和成品质量产生极其不利的影响。因此，在生产粘胶纤维时，需要在工艺环节中设置压榨碱液净化设备，从浸渍碱液系统中分离出来一定量的半纤维素。而浸渍过程中会产生含半纤维素的高浓度废碱，为降低生产成本，减少碱耗，目前各化纤企业主要采用透析工艺来分离半纤进行碱液回收。但透析工艺回收碱液效率低下，用水量大，并占用较大的建筑面积，已逐步淘汰。近年来迅速发展起来的膜过滤碱回收技术有望取代透析工艺进行碱液回收，提高产品质量和废液利用率。

201210486339.8，名称为“一种粘胶纤维生产中废弃碱液的二次处理方法”的发明专利申请，该专利将经过常规预处理的，氢氧化钠浓度为70~90g/L，半纤维含量60~70g/L的废弃碱液和除盐水分别输送至扩散渗析膜堆，进行扩散渗析，所述的预处理废碱液和除盐水的流量比为1~2:1，扩散渗析后将低半纤维素浓度的碱液与高半纤浓度的碱液分离，所述的低半纤维素浓度的碱液回用于生产。该专利的缺点是：扩散渗析的回收率不高，且不能很好的对碱和木质素进行分离。

发明内容

本发明针对粘胶纤维生产中废碱回收的问题，提出了一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺。根据粘胶纤维生产过程中产生含半纤维素的高浓度废碱的特性，利用扩散渗析和电渗析的组合渗析方法，选择优化的工艺参数，使之具有碱回收率高、能耗低、运行稳定的优点。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：将经预处理后的废碱液和除盐水按1~2：1的流量比通过泵进入膜组件输送至扩散渗析膜组器，流出的废碱液通过电渗析的阳极室，稀碱液作为电解液通过阴极室，回收阴极室得到的增浓碱，所述经预处理后的废碱液氢氧化钠浓度为50~200g/L，半纤维含量为20~150g/L。

所述的废碱液与除盐水以错流的方式进入扩散渗析膜组器。

所述电渗析的温度为15~45℃。

所述泵的表压为0.03~0.08Mpa，压力过大，膜的使用寿命大幅缩短，成本升高。

所述的扩散渗析过程中，废碱液流量大于除盐水流量，废碱液流量为70~90L/h，除盐水的流量为50~70L/h。

所述的电渗析过程中，废碱液流量大于除盐水流量，碱液流量为200~800L/h，除盐水流量为160~600L/h。

所述经扩散渗析后得到的稀碱液浓度为40~160g/L，进入电渗析的初始稀碱浓度过高，与废碱液之间的浓度差就低，会影响电渗析的效果，降低回收率；进入电渗析的初始稀碱浓度过低，又会增加电耗，从而增加电渗析的成本。

所述的电渗析外加直流电压，电压值为40V，电流值为92A，电极间距离为10cm，有利于提升渗析效率。

所述电渗析的阳极室得到含半纤维素的废液加酸中和，沉淀析出半纤维素，过滤，得到半纤维素作为发酵原料；

加酸中和至PH值为2~5。

所述酸为浓度为0.1~2.5mol/L的硫酸。

所述的电渗析过程中，保持阳极室废液的碱液浓度为8~15g/L。在电渗析过程中，随废液的Ph值降低，阳极室木质素逐渐转化为胶体状木素析出，容易造成堵槽，使系统电阻大增。

所述析出半纤维素后的滤液经反渗透，得到除盐水回收利用。

所述的扩散渗析膜组器使用的是多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.4~0.9mm。

所述的电渗析膜组器使用的是多对阴阳离子交换膜对，阴阳离子交换膜之间的距离是0.1~0.2mm。

选择以上距离是为了增加雷诺数，增大扩散系数，提高扩散速度。

经电渗析后的回收碱液浓度为40~420g/L，含半纤小于10g/L。

本发明的碱液回收率是60%~85%。

本发明的电耗是800~2000度电/吨碱。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用先扩散渗析-电渗析碱回收工艺来处理粘胶纤维生产中的废碱液，扩散渗析不消耗电能，也无需压力，运行成本几乎为零，且回收率一旦确定，设备投资也随之确定，不再发生变化，因此进入该系统的废碱中含碱量越高，效益就越明显；由于电渗析系统的设备投资和运行成本（电耗）与回收率成正比，因此过高的回收率并不经济，而将其串联在扩散渗析系统之后，则恰好可以弥补回收率上的不足，将碱的回收率进一步提高到80%以上。因此，本发明工艺的生产效率高，能耗低，不仅碱的回收率高，还能同时将废液中的半纤与碱很好地分离出来。

2、由于粘胶纤维生产过程中会产生含半纤维素的高浓度废碱，根据这一特性，本发明选择了优化的特定工艺参数体系，有利于提升渗析的效率，从而有效地保证碱的回收率。

3、本发明在扩散渗析过程中，控制碱液流量大于除盐水流量，废碱液流量为70~90L/h，除盐水的流量为50~70L/h，保证膜前后溶液的浓度差，从而保证了电渗析的渗透效率。

4、本发明控制扩散渗析后得到的稀碱液浓度在40~160g/L，进入电渗析的初始稀碱浓度过高，与废碱液之间的浓度差就低，会影响电渗析的效果，降低回收率；进入电渗析的初始稀碱浓度过低，又会增加电耗，从而增加电渗析的成本。因而，进一步保证了电渗析的效果，有效提高了碱的回收率。

5、本发明将控制阳极室废液的碱液浓度为8~15g/L的范围内，避免阳极室木质素转化为胶体状木素析出，造成堵槽，使系统电阻增大，有助于降低能耗，节约成本。

6、本发明将电渗析阴极室得到的增浓碱回收利用，阳极室含半纤维素的废液加酸中和，沉淀析出半纤维素，过滤，得到半纤维素可作为发酵原料，同时，滤液经反渗透回收除盐水，对资源的回收再利用，有效地节约了能源，具有很大的环保意义。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。

实施例1

一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，将经预处理后的废碱液和除盐水按1：1的流量比通过泵进入膜组件输送至扩散渗析膜组器，流出的废碱液通过电渗析的阳极室，稀碱液作为电解液通过阴极室，回收阴极室得到的增浓碱，所述经预处理后的废碱液氢氧化钠浓度为50g/L，半纤维含量为50g/L。

实施例2

一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，将经预处理后的废碱液和除盐水按2：1的流量比通过泵进入膜组件输送至扩散渗析膜组器，流出的废碱液通过电渗析的阳极室，稀碱液作为电解液通过阴极室，回收阴极室得到的增浓碱，所述经预处理后的废碱液氢氧化钠浓度为200g/L，半纤维含量为150g/L。

所述的废碱液与除盐水以错流的方式进入扩散渗析膜组器。

所述工艺操作的温度为45℃。

所述泵的表压为0.08Mpa。

实施例3

一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，将经预处理后的废碱液和除盐水按1.5：1的流量比通过泵进入膜组件输送至扩散渗析膜组器，流出的废碱液通过电渗析的阳极室，稀碱液作为电解液通过阴极室，回收阴极室得到的增浓碱，所述经预处理后的废碱液氢氧化钠浓度为80g/L，半纤维含量为20g/L。

所述的废碱液与除盐水以错流的方式进入扩散渗析膜组器。

所述电渗析的温度为15℃。

所述泵的表压为0.03Mpa。

实施例4

一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，将经预处理后的废碱液和除盐水按1.2：1的流量比通过泵进入膜组件输送至扩散渗析膜组器，流出的废碱液通过电渗析的阳极室，稀碱液作为电解液通过阴极室，回收阴极室得到的增浓碱，所述经预处理后的废碱液氢氧化钠浓度为150g/L，半纤维含量为80g/L。

所述的废碱液与除盐水以错流的方式进入扩散渗析膜组器。

所述工艺操作的温度为30℃。

所述泵的表压为0.05Mpa。

实施例5

本实施例与实施例4基本相同，在此基础上：

所述的扩散渗析过程中，废碱液流量为70L/h，除盐水的流量为50L/h。

所述的电渗析过程中，碱液流量为200L/h，除盐水流量为160L/h。

实施例6

本实施例与实施例4基本相同，在此基础上：

所述的扩散渗析过程中，废碱液流量为90L/h，除盐水的流量为70L/h。

所述的电渗析过程中，碱液流量为800L/h，除盐水流量为600L/h。

所述经扩散渗析后得到的稀碱液浓度为40g/L。

实施例7

本实施例与实施例4基本相同，在此基础上：

所述的扩散渗析过程中，废碱液流量为80L/h，除盐水的流量为60L/h。

所述的电渗析过程中，碱液流量为500L/h，除盐水流量为400L/h。

所述经扩散渗析后得到的稀碱液浓度为160g/L。

实施例8

本实施例与实施例4基本相同，在此基础上：

所述的扩散渗析过程中，废碱液流量为85L/h，除盐水的流量为62L/h。

所述的电渗析过程中，碱液流量为450L/h，除盐水流量为200L/h。

所述经扩散渗析后得到的稀碱液浓度为80g/L。

实施例9

本实施例与实施例8基本相同，在此基础上：

加酸中和至PH值为2。

实施例10

本实施例与实施例8基本相同，在此基础上：

加酸中和至PH值为5。

所述酸为浓度为0.1mol/L的硫酸。

所述的电渗析过程中，保持阳极室废液的碱液浓度为8g/L。

经电渗析后的回收碱液浓度为280g/L，含半纤9.5 g/L。

碱液回收率是81%。

电耗是850度电/吨碱。

实施例11

本实施例与实施例8基本相同，在此基础上：

加酸中和至PH值为3。

所述酸为浓度为2.5mol/L的硫酸。

所述的电渗析过程中，保持阳极室废液的碱液浓度为15g/L。

经电渗析后的回收碱液浓度为380g/L，含半纤7.8g/L。

碱液回收率是83%。

电耗是800度电/吨碱。

实施例12

本实施例与实施例8基本相同，在此基础上：

加酸中和至PH值为4。

所述酸为浓度为2mol/L的硫酸。

所述的电渗析过程中，保持阳极室废液的碱液浓度为10g/L。

经电渗析后的回收碱液浓度为300g/L，含半纤7g/L。

碱液回收率是82%。

电耗是1200度电/吨碱。

实施例13

本实施例与实施例12基本相同，在此基础上：

所述的扩散渗析膜组器使用的是多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.4mm。

经电渗析后的回收碱液浓度为400g/L，含半纤4.5g/L。

碱液回收率是85%。

电耗是2000度电/吨碱。

实施例14

本实施例与实施例12基本相同，在此基础上：

所述的扩散渗析膜组器使用的是多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.9mm。

所述的电渗析膜组器使用的是多对阴阳离子交换膜对，阴阳离子交换膜之间的距离0.2mm。

经电渗析后的回收碱液浓度为250g/L，含半纤9g/L。

碱液回收率是75%。

电耗是1000度电/吨碱。

实施例15

本实施例与实施例12基本相同，在此基础上：

所述的扩散渗析膜组器使用的是多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.5mm。

所述的电渗析膜组器使用的是多对阴阳离子交换膜对，阴阳离子交换膜之间的距离0.1mm。

经电渗析后的回收碱液浓度为420g/L，含半纤8g/L。

碱液回收率是85%。

电耗是800度电/吨碱。

实施例16

本实施例与实施例12基本相同，在此基础上：

所述的电渗析膜组器使用的是多对阴阳离子交换膜对，阴阳离子交换膜之间的距离0.15mm。

经电渗析后的回收碱液浓度为360g/L，含半纤8.2g/L。

碱液回收率是80%。

电耗是900度电/吨碱。

实施例17

本实施例为与实施例16基本相同，在此基础上：

所述的预处理为粘胶纤维生产中压榨液电渗析碱回收的预处理工艺：NaOH含量为162g/L的压榨液先通过预过滤器去除大颗粒的物质，然后通过泵进入微孔过滤器，滤液再经超滤回收木质素及截留大分子量的污染物，得到稀碱液用于后续的电渗析处理。

所述的预过滤器的孔径为20 μm。

所述的预过滤器内的滤料为纤维球，纤维球的原料为高醛化维呢纶和定型涤纶丝。

所述的纤维球的球径30mm，球密度1.3kg/m³，充填密度为80kg/m。

所述预过滤器的流速为10m/h。

所述预过滤器，当压榨液通过滤芯的压力降大于0.08Mpa，即对滤芯进行清洗。

所述微孔过滤器的操作温度为20℃，压力为0.1Mpa。

所述的微孔过滤器的膜孔径为0.1μm。

所述的超滤膜分离系统使用的是中空纤维式膜组件。

所述超滤的操作温度为温度为20℃，压力为0.05Mpa。

所述超滤，压榨液的流量为90 L/h。

所述的超滤膜的膜孔径为0.001μm。

实施例18

本实施例为与实施例16基本相同，在此基础上：

所述的预处理为粘胶纤维生产中压榨液电渗析碱回收的预处理工艺，NaOH含量为173g/L的压榨液先通过板框过滤机过滤掉大颗粒的杂质，再通过泵进入微孔过滤器，得到稀碱液用于后续的电渗析处理。

所述板框过滤机中滤布的密度为1150g/m²。

所述的板框过滤机的操作压力为0.2Mpa，流量为20m³/（h*m²）。

所述板框过滤机的滤布表面涂有硅藻土。

硅藻土的厚度为2mm。

所述微孔过滤器的操作温度为30℃，压力为0.2Mpa。

所述的微孔过滤器的膜孔径为0.15μm。

所述微孔过滤器，当压榨液通过滤芯的压力降大于0.08Mpa，即对滤芯进行清洗。

实施例19

本实施例为与实施例16基本相同，在此基础上：

所述的预处理为粘胶纤维生产中压榨液电渗析碱回收的预处理工艺，NaOH含量为186g/L的压榨液先通过预过滤器过滤掉大颗粒的杂质，再经超滤回收木质素及截留大分子量的污染物，所得含NaOH的透过液用于后续的电渗析处理。

所述的预过滤器的孔径为20 μm。

所述的纤维球的球径28mm，球密度1.26kg/m³，充填密度为78kg/m。

所述预过滤器的流速为9m/h。

所述的超滤膜分离系统使用的是中空纤维式膜组件。

所述超滤的操作温度为温度为20℃，压力为0.05Mpa。

所述超滤，压榨液的流量为80L/h。

所述的超滤膜的膜孔径为0.02μm。

Claims

1.一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：将经预处理后的废碱液和除盐水按1~2：1的流量比通过泵进入膜组件输送至扩散渗析膜组器，流出的废碱液通过电渗析的阳极室，稀碱液作为电解液通过阴极室，回收阴极室得到的增浓碱，所述经预处理后的废碱液氢氧化钠浓度为50~200g/L，半纤维含量为20~150g/L。

2.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述的废碱液与除盐水以错流的方式进入扩散渗析膜组器。

3.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述工艺操作的温度为15~45℃，泵的表压为0.03~0.08Mpa。

4.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述的扩散渗析过程中，废碱液流量大于除盐水流量，废碱液流量为70~90L/h，除盐水的流量为50~70L/h。

5.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述的电渗析过程中，废碱液流量大于除盐水流量，碱液流量为200~800L/h，除盐水流量为160~600L/h。

6.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述经扩散渗析后得到的稀碱液浓度为40~160g/L。

7.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述的电渗析外加直流电压，电压值为40V，电流值为92A，电极间距离为10cm。

8.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述电渗析的阳极室得到含半纤维素的废液加酸中和，沉淀析出半纤维素，过滤，得到半纤维素回收利用。

9.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述的电渗析过程中，阳极室废液的碱液浓度为8~15g/L。

10.根据权利要求7所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：加酸中和至PH值为2~5。

11.根据权利要求7所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述析出半纤维素后的滤液经反渗透，得到除盐水回收利用。

12.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述的扩散渗析膜组器使用的是多张阳离子交换膜，阳离子交换膜之间的距离是0.4~0.9mm。

13.根据权利要求1所述的一种粘胶纤维生产中的碱回收新工艺，其特征在于：所述的电渗析膜组器使用的是多对阴阳离子交换膜对，阴阳离子交换膜之间的距离是0.1~0.2mm。