Opis patentowy opublikowano: 31.07.1980 99879 Int. Cl1. C02C 5/06 CZYTELNIA i U- -du fajterowego I f ¦ I-. ". L* R-eJ Twórcywynalazku: Jan Pajak, Michal Kryczko Uprawniony z patentu : Zaklady Plyt Pilsniowych, Przemysl (Polska) Sposób i urzadzenie do obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych Dziedzina techniki. Wynalazek dotyczy sposobu i urzadzenia do obróbki poprodukcyjnych wód odpado¬ wych z przemyslu plyt pilsniowych wytwarzajacego plyty pilsniowe metoda mokra.Stan techniki i cel wynalazku. Znany jest sposób obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych podany w zgloszeniu P. 174259. Sposób ten majacy na celu wykorzystanie gospodarcze w wiekszym niz przedtem stopniu obciazalników zawartych w tych wodach przy równoczesnym zlikwidowaniu zagrozen srodowiska przez te wody, polega na zageszczaniu tych wód w wyparkach a nastepnie zakwaszaniu ich do pH od 1 do 5, poddawaniu stalych skladników zawartych w tych wodach hydrolizie w temperaturze od 140 do 170°C i cisnieniu odpowiednim dla tej temperatury a nastepnie kolejno dehydratacji i cyklizacji, zwlaszcza pentoz, w temperaturze od 170 do 200°C i przy cisnieniu pary wodnej odpowiednim dla tej temperatury, ochlodzeniu tych wód i rozdestylowaniu ich na furfural i reszte skladników. Otrzymany furfural jest nastepnie zgodnie z tym sposobem poddawany procesowi oczyszczania i odwadniania, a reszta wód odpadowych — sacze¬ niu lub innemu sposobowi oddzielenia osadu, w wyniku czego otrzymuje sie osad oraz ciecz przesaczona lub sklarowana. Osad skladajacy sie glównie z ligniny przewidziany jest do wykorzystania w rolnictwie jako czynnik humusotwórczy, zas ciecz przesaczona lub sklarowana do spalenia. ogloszenie P. 174259 obejmowalo tez odmiany opisanego wyzej sposobu obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych, polegajace na oddzieleniu przez saczenie lub innym sposobem osadu : skladajacego sie glównie z ligniny po hydrolizie wód odpadowych a przed dehydratacja i cyklizacja do czego przewidziano chlodzenie tych wód bezposrednio po hydrolizie, wzglednie na oddzielaniu tego osadu przez /saczenie lub innym sposobem po dehydratacji i cyklizacji oraz po uprzednim ochlodzeniu tych wód. Ten znany 7 sposób obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych charakteryzuje sie, jak zostalo to stwierdzone w trakcie przeprowadzania prób, szeregiem niedogodnosci, z których najwazniejszymi sa powstawanie zaskorupien w aparaturze podczas dehydratacji utrudniajacych prowadzenie w sposób ciagly procesu obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych oraz to, ze ciecz po oddzieleniu ligniny i furfuralu nie jest dobra pozywka dla drozdzy.2 99 879 Celem niniejszego wynalazku jest usuniecie niedogodnosci opisanego wyzej sposobu obróbki poprodukcyj¬ nych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych. Dla osiagniecia tego celu postawiono sobie zadanie opracowania nowego sposobu obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych w taki sposób, aby proces obróbki tych wód mógl przebiegac bez wystepowania niedogodnosci zwiazanych z wyzej opisanym znanym sposobem, to jest by mógl byc on prowadzony w sposób ciagly, bez potrzeby wylaczania aparatury w celu usuniecia niepozadanych ubocznych produktów reakcji i aby mozna bylo osiagnac lepsze wyniki w wykorzystywaniu obciazalników zawartych w tych wodach niz pozwala na to sposób przedstawiony w zgloszeniu P. 174259.Istota wynalazku. Zgodnie z wytyczonym zadaniem cel wynalazku osiaga sie dzieki temu, ze zageszczone w wyparkach i zakwaszone do pH od 1 do 5 poprodukcyjne wody odpadowe z przemyslu plyt pilsniowych poddaje sie kolejno hydrolizie, oddzielaniu z nich pokoloidalnej ligniny, dehydratacji, oddziela sie z nich osad powstaly w wyniku dehydratacji, po czym wody te rozpreza sie w odparowywaczu, a powstale w wyniku tej operacji opary furfuralowo-wodne skrapla sie, po czym powstaly kondensat poddaje sie w znany sposób destylacji i rektyfikacji w celu otrzymania oczyszczonego bezwodnego furfuralu.Proces hydrolizy i termicznej koagulaqi ligniny przeprowadza sie przy tym pod cisnieniem ok. 20 kG/cm2 w zbiorniku cisnieniowym ogrzewanym od zewnatrz para wodna o temperaturze 150 do 175°C wyposazonym w urzadzenie transportowe sluzace do przesuwania w tym zbiorniku osadu oraz do zapobiegania tworzeniu sie zaskorupien na wewnetrznych sciankach tego zbiornika., Po hydrolizie i delignifikacji substancji stalych zawartych w poprodukcyjnych wodach odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych, z wód tych oddziela sie grawitacyjnie w przeplywowym osadniku cisnieniowym osad, który poddaje sie nastepnie prasowaniu w prasie filtracyjnej. Powstaly zageszczony osad przeznacza sie do wykorzystania w rolnictwie, zas przesacz skierowuje sie wraz z ciecza nadosadowa z cisnieniowego osadnika przeplywowego do dehydratacji, która przebiega w cisnieniowym zbiorniku ogrzewanym od zewnatrz para wodna o temperaturze 210—220°C wyposazonym w urzadzenie transportowe, sluzace do przesuwania w tym zbiorniku osadu oraz do zapobiegania tworzeniu sie zaskorupien na wewnetrznych sciankach tego zbiornika.Wody odpadowe po dehydratacji kieruje sie podobnie jak wody odpadowe po hydrolizie i delignifikacji do • innego przeplywowego osadnika cisnieniowego, z którego osad prasuje sie w prasie filtracyjnej, po czym zageszczony osad spala sie, a przesacz wraz z ciecza nadosadowa z osadnika cisnieniowego skierowuje sie do odparowywacza, w którym odparowuje sie 70-80% cieczy w postaci oparów furfuralowo-wodnyclu Opary te po ich skropleniu skierowuje sie do stacji destylacji i rektyfikacji, zas ciekla pozostalosc z odparowywacza poddaje sie destylaqi prózniowej w celu wydzielenia z niej w znany sposób kwasu lewulinowego.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wynalazku skladajace sie z baterii wyparek, zbiornika do zakwaszania poprodukcyjnych wód odpadowych, hydrolizatora-delignifikatora,dehydratora oraz stacji destylacji i rektyfikacji ma hydrolizator-delignifikator i dehydrator wykonane kazdy z nich z osobna jako cisnieniowe zbiorniki w postaci wydluzonych rur otoczonych grzejnymi plaszczami, majace wewnatrz przenosniki srubowe o takiej srednicy, ze luz miedzy wewnetrzna scianka zbiornika-rury a zewnetrzna krawedzia zwojów przenosnika wynosi w przypadku hydrolizatora-delignifikatora od 1,5 do 0,5 mm, zas w przypadku dehydratora -od 0,8 do 0,3 mm.Hydrolizator-delignifikator i dehydrator moga byc tez polaczone w jeden wydluzony zbiornik cisnieniowy otoczony na swej dlugosci dwoma niezaleznymi od siebie, nie stykajacymi sie ze soba, plaszczami parowymi, majacy w swoim wnetrzu jeden przenosnik srubowy. W ten sposób zostanie osiagniety cel wynalazku, gdyz sposób obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych wedlug wynalazku pozwala na: — wykorzystanie pentozanów, zawartych w substanqi organicznej tzw. suchej masy wód obiegowych, do produkcji furfuralu, — wykorzystanie heksozanów, zawartych w substancji organicznej tzw. suchej masy wód obiegowych, do produkcji kwasu lewulinowego, — wykorzystanie ligniny jako czynnika humusotwórczego w rolnictwie lub w przemysle chemicznym jako tzw. aktywnego wypelniacza kitów i klejów, — zlikwidowanie pozostalosci organicznej poprodukcyjnych wód odpadowych przez spalenie, — unikniecie niedogodnosci wystepujacych przy stosowaniu innych podobnych sposobów majacych na celu podobne wykorzystanie substancji stalych zawartych w poprodukcyjnych wodach odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych i zlikwidowanie zanieczyszczania srodowiska naturalnego takimi wodami przez przemysl plyt pilsniowych.Objasnienie figur rysunku. Sposób wedlug wynalazku jest dokladnie objasniony na podstawie przykladów jego wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat procesu technologicznego obróbki poproduk¬ cyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych, w którym to procesie hydrolizator-delignifikator99 879 3 idehydrator pracuja jako oddzielne urzadzenia przedzielone przeplywowym osadnikiem cisnieniowym, zas fig. 2 — czesc procesu technologicznego obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsnio¬ wych, w którym to procesie hydrolizator-delignifikator i dehydrator stanowia razem jedno urzadzenie mecha¬ niczne.Opis przykladów realizacji wynalazku.Przyklad I. Jak uwidoczniono na fig. 1 rysunku poprodukcyjne wody odpadowe doplywaja przewo¬ dem 1 do pierwszej wyparki 2, w której ogrzewane sa one za pomoca pary wodnej plynacej w nagrzewnicy 3.W pierwszej wyparce zwód tych odparowuje para wodna, która kieruje sie nastepnie przewodem 4 do nagrzewnicy 5 drugiej wyparki 6, do której przewodem 7 kieruje sie tez podgeszczone wskutek odparowania z nich czesci wody, odpadowe wody z pierwszej wyparki 2. W drugiej wyparce 6 nastepuje podobnie jak w pierwszej wyparce 2 odparowanie dalszej czesci wody zwód odpadowych. Powstala w wyniku tego pare wodna kieruje sie przewodem 8 do nagrzewnicy 9 trzeciej wyparki 10. Do wyparki tej doprowadza sie tez. przewodem 11 podgeszczone w drugiej wyparce 6 poprodukcyjne wody odpadowe. W trzeciej wyparce 10 odbywa sie dalsze zageszczanie wód odpadowych w wyniku odparowywania w niej z tych wód dalszej czesci wody. Powstala pare odprowadza sie przewodem 12 do skraplacza barometrycznego nie pokazanego na rysunku.Kondensat z tego skraplacza miesza sie z kondensatami powstalymi ze skroplenia pary wodnej z nagrzewnic 3,5 i 9 wyparek 2, 6 i 10 i odprowadza sie go do rzeki lub do innego zbiornika wód naturalnych jako sciek pozbawiony praktycznie zanieczyszczen organicznych i nieorganicznych.Zageszczone w trzeciej wyparce 10 poprodukcyjne wody odpadowe doprowadza sie przewodem 13 do zbiornika 14 wyposazonego w mieszadlo 15.Do wód w tym zbiorniku dodaje sie kwas siarkowy w celu zakwaszenia tych wód do pH 2—3.Poprodukcyjne wody odpadowe podaje sie nastepnie ze zbiornika 14 za pomoca tlokowej pompy 16 przewodem 17 do zbiornika 18 typu „hydrofor", do którego przewodem 19 doprowadza sie powietrze o cisnieniu 25 atn ze sprezarki nie pokazanej na rysunku. Ze zbiornika 18 tloczy sie przewodem 20 wody odpadowe do hydrolizatora-delignifikatora 21.Whydrolizatorze-delignifikatorze 21 odbywa sie hydroliza weglowodanów zwlaszcza pentozanów na monocukry w temperaturze 150°—160° i przy odpowiednim cisnieniu i kwasowosci poprodukcyjnych wód odpadowych oraz termiczna koagulacja ligniny zawartej w tych wodach w postaci koloidalnej. Hydrolizator-delig¬ nifikator wykonany jest w postaci rury ogrzewanej od zewnatrz parowym plaszczem 22, do którego doprowadza¬ na jest para wodna o temp. 160°C. Wewnatrz hydrolizatora-delignifikatora 21 znajduje sie srubowy przenosnik 23, który obracajac sie powoduje przesuwanie sie osadu ku wylotowi tego zbiornika. Srednica zwojów srubowego przenosnika 23 jest przy tym tej wielkosci, ze luz pomiedzy powierzchnia wewnetrzna hydrolizatora-delignifika¬ tora a zewnetrzna krawedzia zwojów srubowego przenosnika 23 wynosi 1,2-0,5 mm. Hydrolizator-delignifikator 21 pracuje na zasadzie przeciwpradu, co oznacza, ze doplywajaca ze zbiornika 18 ciecz przeplywa przez hydrolizator-delignifikator w kierunku przeciwnym w stosunku przeplywu pary wodnej w parowym plaszczu 22.Z hydrolizatora-delignifikatora ciecz wraz z osadem splywa przewodem 24 do cisnieniowego przeplywowe¬ go osadnika 25. W dolnej czesci tego osadnika gromadzi sie osad, który okresowo upuszczany jest przewodem 26 do wymiennika 27 ciepla, chlodzonego poprodukcyjnymi wodami sciekowymi, które w ten sposób ogrzane wstepnie kierowane sa przewodem 1 do wyparki 2 o czym byla mowa wyzej. Ochlodzony w wymienniku 27 ciepla osad ligniny doprowadzany jest przewodem 28 do filtracyjnej prasy 29. Tu oddzielony zostaje od cieczy osad ligniny, który przeznacza sie do zuzytkowania w rolnictwie jako czynnik humusotwórczy, zas ciecz przesaczona przesyla sie za pomoca pompy 30 przewodem 31 do dehydratora 32, do którego kieruje sie tez przewodem 33 ciecz nadosadowa z osadnika 25.W dehydratorze ,32 o budowie i dzialaniu podobnych do budowy i dzialania hydrolizatora-delignifikatora 21, ogrzewanym parowym plaszczem 34, do którego doprowadzana jest para wodna o temp. ok. 220°C nastepuje dehydratacja i cyklizacja monocukrów, zwlaszcza pentoz na furfural, zachodzi szereg przemian chemicznych, w wyniku których miedzy innymi powstaje zheksoz kwas lewulinowy oraz wytwarzaja sie produkty polireakcji i rozkladu w formie zaskorupien badz osadu, które usuwane sa przez srubowy przenosnik z przestrzeni reakcyjnej ku wylotowi reaktora, skad przewodem 36 splywaja wraz z ciecza poreakcyjna do przeplywowego osadnika 37 o dzialaniu analogicznym jak w przypadku osadnika 25. Srubowy przenosnik 35 dopasowany jest dokladniej do wewnetrznej srednicy przekroju dehydratora 32 niz srubowy przenosnik 23 do wewnetrznej srednicy przekroju hydrolizatora-delignifikatora 21. Luz pomiedzy wewnetrzna powierzchnia dehydratora a zewnatrzna srednica zwojów srubowego przenosnika 25 wynosi bowiem 0,8 do 0,4 mm. Pozwala* to na dokladniejsze zeskrobywanie przez srubowy przenosnik zaskorupien z cyklidrycznej powierzchni dehydra¬ tora.Gromadzacy sie na dnie osadnika 37 osad spuszczany jest okresowo przewodem 38 do wymiennika 394 99 879 ciepla chlodzonego poprodukcyjnymi wodami odpadowymi przed ich skierowaniem do wyparki 2, co nie zostalo pokazane na rysunku, aby nie zaciemniac jego szczególów. Ochlodzony w wymienniku ciepla 39 osad doprowadzany jest przewodem 40 do filtracyjnej prasy 41, z której zageszczony osad odprowadzany jest do spalenia, zas odsaczona ciecz przesyla sie za pomoca pompy 42 przewodem 43 do odparowywacza 44, do którego kieruje sie tez przewodem 45 poprzez redukcyjny zawór 46 ciecz nadosadowa z osadnika 37.W odparowywaczu 44 nastepuje rozprezenie i odparowanie czesci cieczy. Powstale w wyniku tego opary wodno-furfuralowe odprowadza sie przewodem 47 do chlodnicy 48, skad kondensat splywa przewodem 49 do zbiornika 50. W odparowywaczu 48 gromadzi sie ciekla pozostalosc, która zawiera czesc substancji wód odpadowych nieulotniona przy rozprezeniu. Miedzy innymi sa tam male ilosci furfuralu i kwasu lewulinowego.W celu uzyskania reszty furfuralu zatrzymuje sie dalszy doplyw cieczy z osadnika 37 skierowujac ja do dri^iego odparowywacza pracujacego w ukladzie równoleglym, czego nie pokazano na rysunku, zas w pierw¬ szym odparowywaczu 44 odpedza sie resztki furfuralu podgrzewajac ciecz nagrzewnica parowa 51. Pozostalosc zawierajaca kwas lewuHnowy odprowadza sie z odparowywacza 44 przewodem 52 do urzadzen destylacji prózniowej znanego typu nie pokazanych na rysunku. W urzadzeniach tych dokonuje sie wydzielenia kwasu lewulinowego w znany sposób, zas stala pozostalosc spala sie.Kondensat ze zbiornika 50 doprowadza sie przewodem 53 do destylacyjnej kolumny 54, w której nastepuje rozdestylowanie kondensatu na azeotrop furfuralu i na pozostalosc wodna tzw.ciecz wyczerpana. * Wieksza czesc splywajacego z deflegmatora 55 azeotropu furfuralu odprowadza sie przewodem 56 do rozdzielacza 57, zas mniejsza czesc tego azeotropu kieruje sie przewodem 58 do destylacyjnej kolumny 54 jako orosienie (flegme).W rozdzielaczu 57 nastepuje samorzutnie rozdzielenie sie azeotropu furfuralu, na dwie fazy, z których faza dolna w tym zbiorniku zawiera zawilgocony furfural, zas faza górna zawiera wode z rozpuszczonym w niej w niewielkiej ilosci furfuralem. Furfural z rozdzielacza 57 doprowadza sie przewodem 59 do rektyfikacyjnej kolumny 60, wyposazonej u dolu w zbiornik 61 z nagrzewnica parowa 62. W rektyfikacyjnej kolumnie 60 nastepuje pod zmniejszonym cisnieniem odwodnienie i oczyszczenie furfuralu. Oddzielona od furfuralu wode odprowadza sie przewodem 63 jako sciek praktycznie czysty, zas furfural ze zbiornika 61 odprowadza sie przewodem 64 jako gotowy produkt.Przyklad II. Drugi przyklad realizacji wynalazku pokazany na fig. 2 rysunku rózni sie od pierwszego przykladu realizacji wynalazku tym, ze wytraconego wskutek koagulacji termicznej osadu ligniny nie oddziela sie od cieczy, lecz ciecz poreakcyjna razem z tym osadem poddaje sie dehydratacji i cyklizacji.Jak przedstawiono na fig. 2 rysunku zageszczone w wyparkach, a nastepnie zakwaszone do pH 2—3 poprodukcyjne wody sciekowe podaje sie przez hydrofor 18 przewodem 20 do lezacego autoklawu 65, który spelnia jednoczesnie role hydrolizatora-delignifikatora i dehydratora. W aparacie tym, w pierwszej jego czesci grzanej parowym plaszczem 66 do temperatury 150—160°odbywa sie hydroliza weglowodanów na monocukry przy cisnieniu 25 atm i przy pH 2—3, zas w drugiej jego czesci ogrzewanej parowym plaszczem 67 do temp. ok. 210° nastepuje dehydratacja i cykKzacja monocukrów, zwlaszcza pentoz, na furfural, zachodzi szereg przemian chemicznych, w wyniku których miedzy innymi powstaje zheksoz kwas lewulinowy oraz wytwarzaja sie produkty polireakcji i rozkladu w formie zaskorupien badz osadu, które to produkty usuwa srubowy przenosnik 68 z przestrzeni reakcyjnej ku wylotowi, skad przewodem 36 splywaja one wraz z ciecza poreakcyjna do przeplywowego osadnika 37. W dolnej czesci tego osadnika gromadzi sie osad, który upuszczanyjest okresowo przewodem 38 do wymiennika 39 ciepla chlodzonego poprodukcyjnymi wodami odpadowymi przed ich skierowaniem do wyparki 2, co nie zostalo pokazane na fig. 2 jysunku. Ochlodzony w wymienniku ciepla 39 osad doprowadzany jest przewodem 40 do filtracyjnej prasy 41, z której zageszczony osad odprowadza sie do spalenia, zas odsaczona ciecz przesyla sie za pomoca pompy ,42 przewodem 43 do odparowywacza 44, do którego kieruje sie tez przewodem 45 poprzez redukcyjny zawór 46 ciecz nadosadowa z osadnika 37.Dalszy proces obróbki poprodukcyjnych wód odpadowych z przemyslu plyt pilsniowych przebiega jak w przykladzie I. PL