以纸厂黑液制备木糖的系统的制作方法

本技术涉及以纸厂黑液制备木糖的系统，具体涉及一种以纸厂黑液为原料、采用纳滤脱碱后水解半纤维素、制备木糖的系统，属于木糖生产。

背景技术：

1、在造纸工业中，碱法制浆工艺产生的废水内含有大量的木质素，呈黑褐色，故称作“黑液”。黑液中含有大量的悬浮性固体、有机污染物和有毒物质，若直接排放到水体中，会造成严重的污染。其主要危害包括：

2、一、含有大量半纤维、色素和无机盐的造纸废水会使水体变黑，并有特殊的恶臭味；

3、二、含高浓度有机污染物的造纸黑液的生化耗氧量高达5000-40000g/l，会大量消耗水体中的溶解氧，影响水质；

4、三、黑液中存在大量的碱性物质，会使水体的ph值急剧升高，破坏水体环境的平衡。

5、纸厂黑液中含约25%的木质素和约20%的半纤维素，以及木糖、钾、氮、磷等物质。目前，主要通过锅炉燃烧的方式处理纸厂黑液，但处理成本高，且会产生二次污染；同时，其中的木质素、半纤维素等未得到有效的回收利用，即未充分利用其经济价值。

6、尽管，现有技术cn105625075a中公开一种水热与磺化联合预处理分离木质纤维素类生物质的方法，其中，木质纤维类生物质来源于农业废弃物（例如玉米秸秆、麦草 秸秆、稻草秸秆、芦苇和甘蔗渣等），林业废弃物（例如木片、锯木屑和树皮等）、竹子、能源植物、工业废弃物（例如制浆造纸厂的纤维渣，酿酒后的麦糟等）、城市废弃物（例如废纸、废纸 箱等）或其组合。其中主要以底物纤维素制备低聚木糖，而涉及的磺化黑液经浓缩改性制备木质素基有机复合肥还田。但该方法直接使用生物质原料，成分相对较简单，制备木糖所需温度较高，反应时间较长，导致碳化物较多。此外，现有技术cn1272259c中公开“一种造纸黑液的无污染排放治理工艺”，但其主要是通过使用化学试剂实现纤维素、半纤维素以及木糖的沉淀分离，涉及了新物质的引入，同时半纤维素的有效转化率较低。

7、为此，需要一种能配合于制备工艺，高效率、低污染、低成本的纸厂黑液制备木糖的系统。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决现有技术问题，提出了以纸厂黑液制备木糖的系统。在本技术方案中，以纸厂黑液作为原料，通过物理方法（纳滤膜）实现对半纤维素和碱液的有效分离回收；然后，以硫酸作为催化剂，在低酸（＜2%）、低温（＜110℃）条件下快速水解（时间＜3h），保证了半纤维素的高转化率（可将99%以上的半纤维素水解为糖类物质，主要为木糖）以及木糖的低损耗；

2、本实用新型保证整个工艺回收大部分碱，以及，进行半纤维素到木糖的转化，实现了对黑液中碱与半纤维素的有效回收，循环利用，绿色生产，为保护环境做贡献。

3、为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：

4、以纸厂黑液制备木糖的系统，包括黑液稀释罐、纳滤膜装置、水解装置、过滤装置、电渗析装置、膜分离器、离子交换器；

5、黑液稀释罐的工位前侧设有纸厂黑液储存罐，纸厂黑液储存罐的出料口与黑液稀释罐进料口连接，黑液稀释罐连接有工艺水进管；

6、纳滤膜装置设在黑液稀释罐的工位后侧，黑液稀释罐出料口与纳滤膜装置进料口连接；

7、水解装置设在纳滤膜装置的工位后侧，纳滤膜装置上的纳滤浓缩液出口与水解装置进料口连接；

8、过滤装置设在水解装置的工位后侧，水解装置出料口与过滤装置连接；

9、电渗析装置设在过滤装置的工位后侧，过滤装置上滤液出口与电渗析装置连接；

10、膜分离器设在电渗析装置的工位后侧，电渗析装置与膜分离器连接；

11、离子交换器设在膜分离器的工位后侧，膜分离器与离子交换器连接；

12、蒸发浓缩装置设在膜离子交换器的工位后侧，离子交换器与蒸发浓缩装置连接，蒸发浓缩装置连接有木糖储存罐；

13、纸厂黑液储存罐、黑液稀释罐、纳滤膜装置、水解装置、过滤装置、电渗析装置、膜分离器、离子交换器、蒸发浓缩装置及木糖储存罐之间形成纸厂黑液制备木糖的连续通路。

14、进一步，所述工艺水进管连接有工艺水储罐。

15、进一步的，所述纳滤膜装置上的纳滤碱液出口连接有纳滤碱液暂储罐。

16、进一步的，所述纳滤膜装置内的纳滤膜为卷式膜。

17、进一步的，所述纳滤膜装置包括纳滤膜装置ⅰ和纳滤膜装置ⅱ，黑液稀释罐出料口与纳滤膜装置ⅰ进料口连接，纳滤膜装置ⅰ上纳滤浓缩液出口与纳滤膜装置ⅱ进料口连接，纳滤膜装置ⅱ连接有工艺水进管，纳滤膜装置ⅱ上纳滤浓缩液出口与水解装置连接。

18、进一步的，所述纳滤膜装置ⅰ上纳滤碱液出口和纳滤膜装置ⅱ上纳滤碱液出口均与纳滤碱液暂储罐连接。

19、进一步的，所述水解装置连接有用于调节酸度的硫酸输送管和用于升温的蒸汽管。

20、此外，上述各装置还配套有清洗系统，包含清洗罐、各种清洗剂添加装置以及配套管路等。以及，根据实际需求，各输送管线上设置有流量计、控制阀以及自动控制装置等。

21、在本技术方案中，涉及工作原理包括：

22、在纳滤膜系统中，以纳滤膜两侧的压力差为驱动力，以纳滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过纳滤膜表面时，纳滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水以及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于纳滤膜表面微孔径的物质，则被截留在纳滤膜的进液侧，成为浓缩液，从而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。

23、在水解系统中，在一定温度条件下，硫酸作为催化剂与半纤维素发生作用，改变反应途径，降低了反应的活化能，促使半纤维素与水反应分解成木糖以及各类物质。

24、本技术方案中涉及“工位后侧”、“之间”、“内”、“上”等位置关系，是根据实际使用状态下的情况而定义的，为本技术领域内的常规用语，也是本领域术人员在实际使用过程中的常规用语。

25、采用本技术方案，带来的有益技术效果为：

26、在本实用新型中，经纸厂黑液储存罐、黑液稀释罐、纳滤膜装置、水解装置、过滤装置、电渗析装置、膜分离器、离子交换器、蒸发浓缩装置及木糖储存罐的设置，保证纸厂黑液储存罐、黑液稀释罐、纳滤膜装置、水解装置、过滤装置、电渗析装置、膜分离器、离子交换器、蒸发浓缩装置及木糖储存罐之间形成纸厂黑液制备木糖的连续通路，不仅能较好的配合于以纸厂黑液制备木糖的工艺，而且以纸厂黑液作为原料，通过物理方法（纳滤膜）实现对半纤维素和碱液的有效分离回收；以及，以硫酸作为催化剂，在低酸（＜2%）、低温（＜110℃）条件下快速水解（时间＜3h），保证了半纤维素的高转化率（可将99%以上的半纤维素水解为糖类物质，主要为木糖）以及木糖的低损耗；

27、本实用新型采用纳滤及水解结合法回收碱、制木糖，提高作业效率和分离的有效性，使得可控性更高，且有效避免引入新的杂质，减少了成本，有效增加利润；

28、此外，各类膜装置的使用寿命大幅度增加（膜寿命提高30%以上），增加了纸厂黑液综合利用工艺的稳定性，降低了设备消耗的成本。