CN1613991A - 用于松香皂的脱色精制工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于工业化生产，用于松香皂的脱色精制工艺及其装置。该脱色精制工艺采用化学还原脱色法。脱色精制工艺为：将深色低级别的松香皂溶液注入脱色精制装置中，在气氛保护和搅拌状态下先后向脱色精制装置中滴加丙酮、过氧化氢，待脱色反应完成后，在真空密封条件下静置10～15小时。本发明的脱色精制工艺在脱色过程中未引入其他化学物质，避免了松香皂在脱色过程中受到新的污染，脱色工艺简便，成本低廉，脱色效果显著，设备结构简单。

Description

用于松香皂的脱色精制工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种对林业化工产品——松香皂的深加工，具体地说，是指一种适用于工业化生产中对松香皂进行脱色处理的脱色精制工艺和脱色精制装置。

背景技术

松香皂是松香经由碱皂化反应后所得松香衍生物之一，是一种重要的林业化工产品。目前，松香皂在工业上广泛被用作表面活性剂、塑料加工添加剂、纸张胶料以及油/水型乳化剂。松香皂颜色的深浅直接影响到其下游产品的颜色和质量，所以松香皂的颜色是衡量松香皂质量的一项重要指标：松香皂颜色越浅，其质量等级越高。

影响松香皂颜色的因素有很多，其中影响较大的因素为松香中所含的不皂化中性物质。不皂化中性物质不与碱起反应，且成分复杂，有双萜烃、醇、醛、酯、倍半萜、单萜及其醇等。这些物质不但会使松香皂的颜色变深，而且由于他们的存在还会影响松香皂的性质，进而影响其使用范围。如在造纸工业中制施胶剂时，不皂化物含量多的松香皂乳液分散不均匀，影响纸张的施胶度和质量。

在松香的提取与加工过程中，产生的过氧化物也是造成松香皂色度较重的主要原因之一。所以，若不将这些物质转化成浅色或无色物质，或将其从松香皂中除去的话，在制得松香皂之后它们仍然会继续对松香皂的颜色产生影响。

目前松香皂的脱色精制方法主要有物理和化学两类方法。

物理法主要有真空蒸馏法和太阳光照射或紫外线照射法两种工艺方法。通过以上两种物理方法对生产松香皂的原料脂松香或歧化松香进行脱色精制处理得到色度等级较高的浅色脂松香或歧化松香，从而经皂化反应生产出色度等级较高的浅色松香皂。

而所谓还原脱色精制法是指将具有还原性的化学药剂加入到需要降低色度等级的物质中，还原性药剂与其中的有色物质发生还原反应，从而达到脱色精制的目的的方法。对于松香皂就是直接将还原性的药剂加入到原料松香或松香皂中，与其中的有色氧化物发生还原反应，从而达到脱色精制的目的。

由于物理法具有工艺复杂，设备投资大，成本高等特点，与之相比化学法则具有工艺简便，需增加装备的投资较少，但在产品中可能会引入了新的化学物质等缺点。

发明内容

本发明的目的之一是公开一种适用于工业化生产中对松香皂液的脱色精制工艺，有效脱除或淡化松香皂液的色泽，脱除松香皂液中深色氧化物。本发明的脱色工艺在脱色过程中未引入其他化学物质，避免了松香皂在脱色过程中受到新的污染。

本发明的目的之二是公开一种适用于工业化生产用的脱色精制装置。

本发明的一种用于松香皂的脱色精制工艺，包括下列步骤：(A)、打开松香皂液经送料管道注入至脱色精制装置的反应罐内，注入的松香皂料不超过反应罐体积的2/3，关闭送料管道上的阀门；打开真空泵抽真空至3×10^-2～6×10^-2Pa时关闭真空泵；打开加热装置对反应罐内的松香皂液加温至32℃～35℃时停止加热；

(B)、打开氮气，氮气经氮气管道通入反应罐内，氮气流速为30～40ml/min；打开搅拌器以700～1000r/min的转速搅拌；打开第二计量泵，按1.0kg松香皂加入20～25ml破乳剂的比例滴加破乳剂丙酮，破乳剂丙酮滴加完毕后关闭第二计量泵；打开第一计量泵，按1.0kg松香皂液加入100～125ml还原剂的比例滴加还原剂过氧化氢，同时调节搅拌器以1000～1500r/min的转速加快搅拌松香皂液，在滴加还原剂的同时打开排气管道排出反应产生的气体；打开水冷却盘管上的进水口的阀门和出水口的阀门对反应罐内的松香皂液进行降温处理，保持反应罐内松香皂液温度在45℃～50℃的范围进行脱色反应，还原剂过氧化氢滴加完毕后关闭第一计量泵；

(C)、检测排气管道中无气体排出后，关闭排气管道，同时关闭搅拌器，密封静置反应罐内松香皂液，每静置15～20min后，打开搅拌器以1000～1500r/min的转速搅拌2～5min，同时打开真空泵将产生的气体抽走；再密封静置、搅拌、抽气5～10次；

(D)、待脱色精制装置上的热电偶显示松香皂液的温度降至室温时，经出料管道出料包装，即得脱色后的浅色松香皂液。

本发明的用于松香皂的脱色精制工艺，脱色采用的脱色精制装置至少包括反应罐、电源装置、自动控制装置，反应罐为密封的耐压罐体结构，耐压2～5Mpa，由上盖体和下罐体组成，上盖体与下罐体通过法兰盘连接；上盖体上设置有送料管道、氮气管道、热电偶、第一计量泵、第二计量泵、真空泵、排气管道；下罐体的环体外壁上设置有水冷却盘管、加热装置，下罐体的底部设置有加热装置、出料管道；反应罐内部安装有搅拌器；热电偶的测温端与反应罐内的松香皂液接触，其接线端与自动控制装置连接；自动控制装置分别与搅拌器、水冷却、加热装置的控制端连接。

本发明的松香皂的脱色精制处理工艺与现有技术相比，其优点：(1)无需改变企业目前松香皂的生产设备和工艺，只需增加本发明的脱色精制装置，减少了对设备改进而增加的成本。(2)脱色精制工艺过程中不会引入和产生其他化学物质，这样就避免了产品在脱色过程中受到新的污染。(3)在松香皂原料中加入破乳剂丙酮、还原剂过氧化氢，其反应产物除了需排出的挥发性丙酮和水份外，其余全部是脱色精制产物高级浅色松香皂产品。(4)脱色精制处理后松香皂的各项理化指标均明显优于产品的各项质量标准，完全达到对浅色松香皂产品的质量要求，其加纳尔色度提高了5～9等级。

附图说明

图1是本发明脱色精制装置结构示意图。

图2是松香加工成松香皂的工艺流程图。

图3是特级歧化松香钠皂脱色前后的效果对照。

图中：1.自动控制装置   101.送料管道   102.真空泵   103.排气管道104.氮气管道    105.出料管道    2.反应罐    201.水冷却盘管202.加热装置    203.进水口    204.出水口    207.法兰盘3.热电偶    4.搅拌器    5.上盖体501.下罐体    6.第一计量泵    7.第二计量泵

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

由于松香皂是一种性能优良的表面活性剂。它的表面活性基团是一与水亲和力较强的羧基，对水有较强的乳化能力，能与水一起构成了热力学不稳定的乳化分散体系。因此，经还原脱色精制处理后的松香皂，因少量水的存在，可能会使产品的透明性有所降低。我们可以采用干扰手段将这种热力学不稳定体系破坏，使水从中析出来。例如，可以通过施加电场力、或者冷冻、或者添加电解质等方法，都可以达到破坏这种不稳定体系的目的。但考虑到工艺应尽可能简化，生产设备应尽可能简单，体系中应尽可能不引入新的杂质。即使引入新的杂质，也应能比较容易的排除。综合上述分析，在脱色精制处理过程中，我们可以向体系内引入少量丙酮来破坏上述乳化体系的平衡，以达到去除水分的目的。引入丙酮后，不仅能满足生产中的实际要求，而且丙酮还可以与水形成共沸点较低(87.8℃)的共沸混合物，这样我们就可以通过减压蒸馏的方法，在压力为P≈10^-2～10^-1Pa，温度为T≈90℃的减压蒸馏条件下将乳化水比较容易地除去，从而达到进一步提高脱色精制松香皂透明度的目的。

在本发明中由于松香皂中的深色氧化物等有色物质会影响松香皂的下游产品对松香皂色度等级的使用要求，故针对该问题采用化学还原脱色精制法进行脱除松香皂中的深色氧化等有色物质。

本发明的一种适用于工业化生产中用于松香皂的脱色精制工艺，包括下列步骤：(A)、打开送料管道101上的阀门，松香皂经送料管道101注入至脱色精制装置的反应罐2内，注入的松香皂料为反应罐2的2/3，关闭送料管道101上的阀门；打开真空泵102抽真空至3×10^-2～6×10^-2Pa时关闭真空泵102；打开加热装置202对反应罐2内的松香皂液加温至32℃～35℃时停止加热；

(B)、打开氮气管道104上的阀门，通入氮气，氮气流速为30～40ml/min；打开搅拌器4以700～1000r/min的转速搅拌；打开第二计量泵7，按1.0kg松香皂加入20～25ml破乳剂的比例添加破乳剂丙酮，破乳剂丙酮添加完毕后关闭第二计量泵7；打开第一计量泵6，按1.0kg松香皂液加入100～125ml还原剂的比例添加还原剂过氧化氢，同时调节搅拌器4以1000～1500r/min的转速加快搅拌松香皂液，在添加还原剂时打开排气管道103上的阀门排出反应产生的气体，打开水冷却盘管201作降温处理，控制还原剂的添加加速度来保持反应罐2内松香皂液温度在45℃～50℃的范围，还原剂过氧化氢添加完毕后关闭第一计量泵6；

(C)、当检测排气管道103中无气体排出后，关闭排气管道103上的阀门，同时关闭搅拌器4，密封静置反应罐2内松香皂液，每静置15～20min后，打开搅拌器4以1000～1500r/min的转速搅拌2～5min，同时打开真空泵102将产生的气体抽走；再密封静置、搅拌、抽气5～10次；

(D)、待脱色精制装置上的热电偶9显示松香皂液的温度降至室温时，经出料管道105出料，即得脱色后的浅色松香皂液。

本发明的一种适用于工业化生产对松香皂进行还原脱色精制处理的装置，该装置至少包括反应罐2、电源装置(200～400kw稳压电源)、自动控制装置1(自动控制装置分别与搅拌器4、温度控制即热电偶3、水冷却装置即水冷却盘管201的控制端连接，自动控制装置结合外围控制设备的电路进行松香皂脱色的温度、压力、液位、流量等的控制)，反应罐2为密封的耐压罐体结构，耐压2～5Mpa，分为上盖体5和下罐体501，上盖体5和下罐体501通过法兰盘207连接；上盖体5上安装有送料管道101、氮气管道104、热电偶3、第一计量泵6、第二计量泵7、真空泵102、排气管道103；下罐体501的环体外壁上安装有水冷却盘管201，进水口203设在环体的下部，出水口204设在环体的上部；下罐体501的底部安装有加热装置202、出料管道105；在反应罐2内部安装有搅拌器4；氮气管道104上装有流量计，各管道上均设有阀门。企业将生产的低级别深色(加纳尔色度＞8或＞＞8)松香皂经送料管道101注入至反应罐2中进行脱色处理。

目前松香皂在工业生产中广泛用作表面活性剂、塑料加工添加剂、纸张胶料以及油/水型乳化剂，合成丁苯、氯丁、丁腈橡胶和丙稀腈-丁二烯——苯乙烯工程塑料等生产中的乳液聚合的乳化剂。

用作橡胶生产中的乳化剂时，它可显著改善合成橡胶的粘结性和可塑性。以歧化松香钾皂为例，当采用歧化松香钾皂为乳化剂时比直接采用歧化松香时，可使橡胶的耐热强度提高25％，耐磨强度及撕裂强度均较普通丁苯胶好，可提高轮胎行驶里程，同时与天然橡胶混炼时，胶粘性能有很大提高等优点。

然而由于在塑料、纸张、橡胶等下游产品的生产过程中对所添加的助剂松香皂的颜色有很高的要求，因而必须采用色泽较浅的浅色松香皂，为此人们通过对原料松香进行歧化反应来提高松香皂的色度等级，但歧化松香皂的颜色仍然较深，仍旧无法满足下游产品生产过程中对浅色松香皂的色度要求。

为了进一步提高松香皂的色度等级，本专利申请的发明人结合企业目前的歧化松香皂产品的特点和生产工艺，在现有的歧化松香皂的生产工艺和生产设备的基础上，采用在原有的歧化松香皂的生产工艺后添加脱色剂进行脱色反应，对歧化松香皂进行脱色处理，来制取高级的浅色松香皂。对于松香加工成松香皂的工艺流程如图2所示，本发明只针对脱色反应进行改进。对于固态的器件，均采用原有的器件，如电源部分、自动控制装置部分。脱色反应所需200～400kw的稳压电源，而自动控制装置部分选取TP-801B型控制装置，该装置在加工松香皂的过程是较佳的控制装置。对于脱色反应只需在原有的控制装置上设定相关的流量(松香皂流入反应罐2内)、搅拌速度(搅拌器4的转速)、温度(松香皂液温度、脱色时的保持温度，)、冷却(水冷却盘管201)参数即可执行脱色，制造出浅色的松香皂来供下游产品使用。

实施例1  对歧化松香钾皂(一级品)进行还原脱色精制处理

歧化松香钾皂1000Kg，破乳剂：丙酮25L，脱色精制剂：过氧化氢125L。

脱色精制装置为本发明设计的结构(请参见附图1所示)。

脱色精制处理工艺：

(A)、打开送料管道101上的阀门，将歧化松香钾皂1000Kg经送料管道101注入至洁净干燥的反应罐2中，关闭送料管道101上的阀门；打开真空泵102抽真空，使反应罐2内的真空度为5×10^-2Pa时关闭真空泵102；打开加热装置202加热反应罐2使歧化松香钾皂液温度升至35℃时停止加热；

(B)、打开氮气管道104上的流量计阀门，通入氮气，氮气流速为40ml/min；打开搅拌器4以1000r/min的转速搅拌，同时打开第二计量泵7，将25L破乳剂丙酮以10ml/min滴入反应罐2内，破乳剂丙酮添加完毕后关闭第二计量泵7；打开第一计量泵6，将125L还原剂过氧化氢以8ml/min添加入反应罐2内，同时打开排气管道103上的阀门排出产生的气体，打开水冷却盘管201冷却反应罐2内的歧化松香钾皂液保持温度在45℃左右，还原剂过氧化氢添加完毕后关闭第一计量泵6；

(C)、当检测排气管道103中无气体排出后(检测有无气体产生的方式为：在排气管道103的另一端上放置一装有水的器具，当发现器具中无气泡冒出就可以了)，关闭排气管道103上的阀门，同时关闭搅拌器4，密封静置，每静置20min后，打开搅拌器4以2000r/min的转速搅拌5min，同时打开真空泵102上的阀门将产生的气体和挥发的丙酮抽走；再密封静置、搅拌、抽气5次；

(D)、待反应罐2上的热电偶9显示的温度降至室温时，打开出料管道105上的阀门出料，即得脱色精制后的浅色歧化松香钾皂液。

表1：歧化松香钾皂(一级品)溶液脱色精制前后色度比较表

歧化松香钾皂(一级品)	歧化松香钾皂溶液色度(加纳尔色度)
		脱色精制前	＞＞8
脱色精制后	1

实施例2  对歧化松香钾皂(特级品)进行还原脱色精制处理歧化松香钾皂1000Kg，破乳剂：丙酮25L，脱色精制剂：过氧化氢115L。

脱色精制处理工艺同实施例1。

表2：歧化松香钾皂(特级品)溶液脱色精制前后色度比较表

歧化松香钾皂(特级品)	歧化松香钾皂溶液色度(加纳尔色度)
		脱色精制前	＞8
脱色精制后	1

实施例3  对歧化松香钠皂(特级品)进行还原脱色精制处理

歧化松香钠皂1000Kg，破乳剂：丙酮25L，脱色精制剂：过氧化氢110L。

脱色精制处理工艺同实施例1。

表3：歧化松香钠皂(特级品)溶液脱色精制前后色度比较表

歧化松香钠皂(特级品)	歧化松香钠皂溶液色度(加纳尔色度)
		脱色精制前	＞8
脱色精制后	1

结论：从脱色前后的对照可知，松香皂液的颜色深浅有较为明显的变化。请参见图3所示。

实施例4  对脂松香钾皂进行还原脱色精制处理

脂松香钾皂1000Kg，破乳剂：丙酮25L，脱色精制剂：过氧化氢150L。

脱色精制处理工艺同实施例1。

表4  脂松香钾皂溶液脱色精制前后色度比较表

脂松香钾皂	脂松香钾皂溶液色度(加纳尔色度)
		脱色精制前	＞＞8
脱色精制后	3

实施例5  对脂松香钠皂进行还原脱色精制处理(工业化生产)

脂松香钠皂1000Kg，破乳剂：丙酮25L，脱色精制剂：过氧化氢150L。

脱色精制处理工艺同实施例1。

表5  脂松香钠皂溶液脱色精制前后色度比较表

脂松香钠皂	脂松香钠皂溶液色度(加纳尔色度)
		脱色精制前	＞＞8
脱色精制后	3

通过上述的实验，在本发明中，脱色精制工艺过程中只产生了挥发性丙酮、气体和水分，将挥发性丙酮、气体和水分排出后，便是精制后的松香皂溶液，所以未产生其他有害性杂质和化学物质，这样就避免了产品在脱色精制过程中受到新的污染，同时又进一步增大了脱色松香皂在下游产品中的使用范围。

为了进一步说明本发明对松香皂的脱色精制未引入新的物质，下面将对歧化松香钾皂(一级品)为例说明它的七项重要理化性能指标的检测结果。

理化性能指标	脱色精制前	脱色精制后
			固体含量	90.5％	86.0％
加纳尔色度	＞＞8	2～3
			PH值	9.87	9.65
枞酸钾和去氢枞酸钾的含量	0.385％和32.1％	0.385％和32.1％
			氯化物含量	1.415％	1.440％
不皂化物含量	9.47％	6.13％
			酸价(mgKOH/g)	15.82	8.62

从上表可以看出通过本发明的脱色精制法处理过的歧化松香钾皂，除了明显降低了歧化松香钾皂产品的色度，同时松香皂产品其他的各项质量也有较大的提高，完全达到下游产品对浅色松香皂产品使用的技术要求，同时也提高了下游产品的质量。

Claims (10)

1、一种适用于工业化生产松香皂的脱色精制工艺，其特征在于：

(A)、打开送料管道(101)上的阀门，使松香皂液经送料管道(101)注入至脱色精制装置的反应罐(2)内，注入的松香皂液不超过反应罐(2)体积的2/3，关闭送料管道(101)上的阀门；打开真空泵(102)抽真空至3×10^-2～6×10^-2Pa时关闭真空泵(102)；打开加热装置(202)对反应罐(2)内的松香皂液加温至32℃～35℃时停止加热；

(B)、打开氮气，氮气经氮气管道(104)通入反应罐(2)内，氮气流速为30～40ml/min；打开搅拌器(4)以700～1000r/min的转速搅拌；打开第二计量泵(7)，破乳剂经第二计量泵(7)流入反应罐(2)内，按1.0kg松香皂液加入20～25ml破乳剂的比例添加破乳剂丙酮，破乳剂丙酮添加完毕后关闭第二计量泵(7)；打开第一计量泵(6)，还原剂经第一计量泵(6)流入反应罐(2)内，按1.0kg松香皂液加入100～125ml还原剂的比例添加还原剂过氧化氢，同时调节搅拌器(4)以1000～1500r/min的转速加快搅拌松香皂液，在添加还原剂同时打开排气管道(103)上的阀门排出反应产生的气体；打开水冷却盘管(201)上的进水口(203)的阀门和出水口(204)的阀门对反应罐(2)内的松香皂液进行降温处理，保持松香皂液温度在45℃～50℃的范围进行脱色反应，还原剂过氧化氢添加完毕后关闭第一计量泵(6)；

(C)、检测排气管道(103)中无气体排出后，关闭排气管道(103)，同时关闭搅拌器(4)，密封静置反应罐(2)内松香皂液，每静置15～20min后，打开搅拌器(4)以1000～1500r/min的转速搅拌2～5min，同时打开真空泵(102)将产生的气体和挥发出的丙酮抽走；再密封静置、搅拌、抽气5～10次；

(D)、待脱色精制装置上的热电偶(3)显示松香皂液的温度降至室温时，打开出料阀门经出料管道(105)出料包装，即得脱色后的浅色松香皂液。

2、根据权利要求1所述的用于松香皂的脱色精制工艺，脱色采用的脱色精制装置至少包括反应罐(2)、电源装置、自动控制装置(1)，其特征在于：所述的反应罐

(2)为密封的耐压罐体结构，耐压2～5Mpa，分为上盖体(5)和下罐体(501)，上盖体(5)和下罐体(501)通过法兰盘(207)连接；上盖体(5)上设置有送料管道(101)、氮气管道(104)、热电偶(3)、第一计量泵(6)、第二计量泵(7)、真空泵(102)、排气管道(103)；下罐体(501)的环体外壁上设置有水冷却盘管(201)、加热装置(202)，下罐体(501)的底部设置有加热装置(202)、出料管道(105)；反应罐(2)内部安装有搅拌器(4)；热电偶(3)的测温端与反应罐(2)内的松香皂液接触，其接线端与自动控制装置(1)连接；搅拌器(4)的控制端与自动控制装置(1)连接；水冷却盘管(201)的控制端与自动控制装置(1)连接；加热装置(202)的控制端与自动控制装置(1)连接。

3、根据权利要求2所述的脱色精制装置，其特征在于：所述的电源装置可根据不同生产规模(0.5～1吨)和反应罐(2)的大小不同，提供200～400kw稳压电源。

4、根据权利要求2所述的脱色精制装置，其特征在于：在反应罐(2)下罐体(501)的环体外壁上安装的加热装置(205)可以是电阻丝，加热装置(205)与水冷却盘管(201)的之间按间隔排列均布。

5、根据权利要求1所述的用于松香皂的脱色精制工艺，其特征在于：所述的松香皂是歧化松香钾皂。

6、根据权利要求1所述的用于松香皂的脱色精制工艺，其特征在于：所述的松香皂是歧化松香钠皂。

7、根据权利要求1所述的用于松香皂的脱色精制工艺，其特征在于：在第(B)步骤中还原剂过氧化氢的浓度为30％，添加速度2～6ml/min。

8、根据权利要求1所述的用于松香皂的脱色精制工艺，其特征在于：所述的松香皂是脂松香钾皂，在第(B)步骤中按1.0kg松香皂液加入150～200ml还原剂的比例添加还原剂过氧化氢，同时通入保护气氮气流速为40～50ml/min。

9、根据权利要求1所述的用于松香皂的脱色精制工艺，其特征在于：所述的松香皂是脂松香钠皂，在第(B)步骤中按1.0kg松香皂液加入150～200ml还原剂的比例添加还原剂过氧化氢，同时通入保护气氮气流速为40～50ml/min。

10、根据权利要求1所述的用于松香皂的脱色精制工艺，其特征在于：脱色后的松香皂液可用于加工浅色橡胶制品或者浅色塑料制品。

Images