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吴俊成
摘要:扼要介绍了硫酸盐松木制浆厂的副产品——粗塔罗油的组成、用途及精制方案,并着重对各种精制工艺方案进展比照,供决策时选择。关键词:粗塔罗油蒸馏间歇蒸馏连续精馏
TheCTOFractionatingPlansfortheKraftPulpMill
WuJuncheng
(.,FujianProvince,365506)
ABSTRACT:Thispaperbrieflyintroducedthecomposition,applicationandfractionatingplansofcrudetalloil(CTO),aby-.
KEYWORDS:CTO(crudetalloil),distillation,batchdistillation,continuousfractionation
粗塔罗油是硫酸盐松木制浆厂的副产品之一。在硫酸盐法制浆中,木材中的油脂和树脂成分,由于碱的作用而变成皂,溶解在黑液中,同时中性油也被抽出溶解于皂液中,这就是硫酸盐皂。当黑液浓缩到肯定浓度时,硫酸盐皂就浮在黑液上面,将其分别出来并用酸分解后,即可得到粗塔罗油。
粗塔罗油的主要成分为树脂酸、脂肪酸及中性物,经分别后即可得到浮油松香、浮油脂肪酸、浮油沥青、蒸馏浮油和头油,是松香和脂肪酸的三大来源之一。由于粗塔罗油具有颜色深、有恶臭等一系列缺点,因此不能得到广泛的应用。假设进展精制或进一步将木浆浮油分别出树脂酸、脂肪酸等产品,则能得到更为广泛的利用。
我国近几年随着经济的进展,以松木为原料的制浆造纸行业已得到快速进展,粗塔罗油的产量也快速提高。目前国内的粗塔罗油大局部直接销售,经济效益极低。粗塔罗油作为松香和脂肪酸的重要来源之一,如何充分利用这一资源优势,生产出优质产品,已逐步引起国内局部人士的重视。
为此,青山纸业股份的决策者们拟利用自身粗塔罗油产量高的优势,投资粗塔罗油精加工行业,并逐步进展深加工。
下面就粗塔罗油的组成、用途、精制方法作一介绍,并进展简洁的经济分析。
粗塔罗油的组成
粗塔罗油为深色(由暗红到暗棕色)粘稠液体,有恶臭和苦味,不溶
于水。在20℃时,~,折射率n60
D
~。
粗塔罗油是树脂酸、脂肪酸、中性物的混合物。各成分的含量因树
种、气候、树龄、蒸煮条件、分别条件的不同而异。
树脂酸:是分子式CHO的各种异构酸和歧化产品的混合物。据分
20302
析,浮油中含有以下树脂酸:左旋海松酸(痕量)、枞酸、长叶松酸、
枞酸、海松酸、异海松酸及歧化产品脱氢枞酸、二氢枞酸和四氢枞酸。脂肪酸:脂肪酸的成分比较简单,包括饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。
饱和脂肪酸中有月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、山嵛酸、二十四烷酸等,其中主要是棕榈酸;不饱和脂肪酸中有油酸、亚油酸、亚麻酸、蓖麻酸等,其中以油酸、亚油酸为主。
中性物:中性物质中含有植物甾醇、高分子脂肪醇和烃。
用途
如前所述,因粗塔罗油具有颜色深、有恶臭等缺点,严峻限制了它的应用范围。假设对它进展精制,进一步分别出浮油松香、浮油脂肪酸、浮油沥青等有效成分则应用范围大大提高。
浮油松香:浮油松香的构造与脂松香相像,用途与脂松香根本一样。主要用于造纸施胶剂、肥皂、油墨、油漆、涂料、树脂等部门。假设进一步加工成改性松香或浮油松香衍生物,将扩大其应用领域。
浮油脂肪酸:主要成分为油酸和亚油酸,广泛用于增塑剂、液体肥皂、合成洗涤剂、消泡剂等。
浮油沥青主要由高沸点的中性物组成,除用于粘合剂、油墨、油漆、涂料等部门外,还可提取β-谷甾醇代替胆甾酸用于制造各种抗动脉硬化药品和维生素等。
头油的主要成分为低沸点的脂肪酸和中性物,主要用于阻蚀剂、涂料、铸造模油等领域。
工艺方案选择
粗塔罗的精制方法
造纸工业兴旺的欧美国家早在20年月就有了硫酸盐法松木制浆造纸工艺,且在30~40年月得到了快速进展,同时对造纸副产品粗塔罗油的争辩也开展得很早,尤其在粗塔罗油的精制、分别方面,作了大量工作。从总体来说,粗塔罗油的精制、分别主要有以下几种方法:①碱金属氢氧化物分级皂化法;②局部酯化分别法;③溶剂萃取法;④吸附法;
⑤蒸馏法。
其中前4种方法均存在精制过程简单而繁琐,产品质量差,本钱高以及分别效果不抱负,难以得到纯度较高的松香和脂肪酸产品等诸多缺点而未得到推广应用。蒸馏法则抑制了前几种方法的缺乏,操作简洁,本钱低,产品质量好,使该方法得到了广泛的应用。
蒸馏工艺的选择
由于塔罗油中的各主要成分对高温都比较敏感,树脂酸在260℃下
长期加热时会发生脱羧现象,放出CO
2
而形成碳氢化合物。脂肪酸与树
脂酸相比则较稳定,在270℃下还不会发生分解,但在高温下能发生聚
合作用。当温度到达200℃以上时,脂肪酸能与塔罗油中存在的高分子
脂肪醇、甾醇产生酯化作用,形成不挥发的酯类,导致塔罗油蒸馏时,不皂化物和沥青含量的增加。为此粗塔罗油蒸馏需要在真空条件下进展,并要求蒸馏塔的上、下部压差要小,蒸馏温度要低,蒸馏速度要快。
常见的减压蒸馏方法有两种:间歇蒸馏和连续蒸馏。间歇蒸馏只有
一个蒸馏塔,操作简便,工艺生产稳定,设备数量少,维护费用低,对原料组成的波动影响不大,但生产力量小,操作时间长,浮油长期受热,易发生分解或聚合反响。连续蒸馏具有生产力量大,蒸馏时间短,能缩短浮油中各组分的受热时间,从而削减了沥青的形成,提高了松香和脂肪酸的得率,但要求原料组成相对稳定,在生产规模比较大的状况下可降低设备投资。但是从连续蒸馏设备中得到的树脂酸和脂肪酸也不是高浓度的,只有通过精馏才能得到纯洁的高浓度的树脂酸和脂肪酸产品。
粗塔罗油连续精馏有两种不同的方法:一种是先从粗塔罗油中除去沥青,后将树脂酸、脂肪酸及轻馏分分别,这种方法叫解吸-精馏法;另一种是先蒸去轻馏分,再蒸去脂肪酸,最终从含有树脂酸和沥青的浮残中分别出树脂酸,这种方法叫精馏-解吸法。由于精馏-解吸法加长了树脂酸、脂肪酸与醇类组分的受热时间,会产生更多的高沸点组分,使得沥青含量大大增加。因此目前工业上大都承受解吸-精馏法进展粗塔罗油的精馏。
脱沥青方法的选择
从浮油中脱除沥青的方法有三种:第一种是在常压下承受汽提塔脱去沥青;其次种是承受两个再沸降膜蒸发器脱除沥青;第三种是承受高真空的高效填料塔去除沥青。三种方法工业上均有承受,但各有优缺点。汽提塔需要耗用大量的蒸汽,能耗大,蒸汽会带出浮油中的很多有气味成分而造成环境污染,由于没有回流,对轻、重中性物的分别效率不高,甾醇等一些高沸点中性物会带进松香塔而残留于松香中。由于没有精馏,不能有效地从沥青中回收树脂酸。承受再沸降膜蒸发器,蒸馏时间短,脂肪酸和树脂酸的回收率较高,但脱沥青的效果一般,由于物料粘度较大,易在成膜后引起局部过热,甚至易发生焦化现象,直接影响到产品的质量。而承受高真空的高效填料塔既不需要大量的蒸汽,同时可把沥青脱除的较干净,产品质量较好,但蒸馏时间相对较长,沥青量略有增加。
浮油精馏流程的选择
对脱除沥青后的粗塔罗油普遍承受三塔制进一步分别各组分而得到产品,常用的流程有三种:
流程1,脱除沥青后的浮油进入精馏塔1,初分成富含树脂酸和富含脂肪酸的两局部。富含脂肪酸局部进入精馏塔2,从塔顶得到头油,从塔釜得到脂肪酸。富含树脂酸局部进入精馏塔3,从塔顶蒸出蒸馏浮油,从塔釜得到松香,蒸馏浮油送回精馏塔1进展再分馏。但由于蒸馏浮油的沸点高,给分别造成肯定的困难。另外,从精馏塔2得到的脂肪酸产品中树脂酸含量较高,不能得到高纯度的脂肪酸产品。
图1流程1示意图
流程2,脱除沥青后的浮油进入精馏塔1,从塔顶蒸出粗脂肪酸,产品松香则从塔釜抽出。精脂肪酸进入精馏塔2的中部,从塔顶蒸出轻馏分和脂肪酸的混合物,塔釜得到蒸馏浮油。轻馏分和脂肪酸的混合物进入精馏塔3,塔顶蒸出头油,塔釜得到脂肪酸产品。
图2流程2示意图
流程3,脱除沥青后的浮油进入精馏塔1,从塔顶蒸出粗脂肪酸,从塔釜得到成品松香。粗脂肪酸进入精馏塔2,从塔顶蒸出头油,塔釜得到的富含有肯定量树脂酸的脂肪酸进入精馏塔3,从精馏塔3的塔顶蒸出脂肪酸产品,从塔釜得到蒸馏浮油。
图3流程3示意图
在上述三种流程中,流程2与3较流程1好,产品的质量较高。流程3与流程2相比,头馏分只需经过一次冷凝,而在流程2中,头馏分
要经过两次冷凝过程,所以流程3的能耗要小得多,生产本钱相对较低。此外,脂肪酸在高温下会发生聚合作用生成高沸点组分,这局部组分可在流程3的精馏塔3中加以除去,得到的脂肪酸产品的纯度相对较高,所以说流程3比流程2好,能得到高质量的脂肪酸产品。流程3也可满足生产不同型号蒸馏浮油产品的要求。目前美国普遍承受流程3的工艺路线,在其它国家也得到广泛承受。
流程选择
通过以上分析,针对青山纸业股份粗塔罗油的组成特点,建议选择如下的连续精馏流程。
图4连续精馏流程
工程规模和产品方案
考虑到青山纸业和青州纸厂现有粗塔罗油产量约为每年8000t,为此拟定生产规模为年处理10000t粗塔罗油,主要产品为塔罗松香、塔罗油脂肪酸、塔罗油沥青、头油,同时依据市场需要,也可生产蒸馏塔罗油。
投资估算
依据上述工艺流程,估算总投资如下:
生产设备 460万元
管道、阀门 90万元
仪表、自控 60万元
电工器材 15万元
保温材料 14万元
土建、安装 280万元
化验仪器 30万元(8)设计、调试、培训75万元(9)不行预见费45万元
合计 1069万元
经济分析与结论
.产量与产值估算
得率/%产量/-1单价/-1产值/-1
塔罗油松香
50
5000
5000
2500
塔罗油脂肪酸
15
1500
7000
1050
塔罗油沥青
19
1900
1000
190
头 油
11
1100
3000
330
合 计
9500
4070
.本钱分析
金额/-1
粗塔罗油 2900
水、电、煤、导热油 240
设备折旧 110
治理费 220
工资及其它 70
合 计 3540
.毛利估算
毛利=年产值-年本钱
=4070-3540
=530(万元)
.税金(以增值税17%计)
年税金=(年产值-年原料本钱)×17%
=(4070-2900)×17%
=(万元)
.利润
年利润=年产值-年实际本钱-年税金
=4070-3540-
=(万元)
.投资回收期
,则
投资回收期=建设期+总投资/(毛利+年折旧)=+1069/(530+110)=(年)
结论
通过以上的经济分析可以看出,建设该工程是可行的,具有良好的经济效益和社会效益。■
作者单位:吴俊成(福建省青山纸业股份,福建沙县,365506)