Обработка соапстоков
Состав соапстоков. Соапстоки представляют собой смесь довольно сложного состава. Они содержат связанные щелочью жирные кислоты (мыло), нейтральный жир, различные примеси, перешедшие из масла, воду, некоторое количество свободной, не успевшей прореагировать щелочи, поваренную соль и др.
Состав соапстока зависит от вида масла, при рафинации которого он был получен, и от метода рафинации.
Утилизируемой частью соапстоков являются содержащиеся в них жиры. В подавляющем большинстве их используют для выработки хозяйственного мыла. Однако примеси, содержащиеся в соапстоках, ухудшают цвет мыла и часто придают ему неприятный запах. Особенно темный цвет и большое количество примесей имеют соапстоки, получающиеся при рафинации черного хлопкового масла. Кроме того, соапстоки, получаемые при рафинации в мыльно-щелочном растворе, с водной солевой подкладкой или на сепараторах, содержат большое количество воды. Ввиду этого соапстоки перед отправкой на мыловаренные заводы предварительно обрабатывают для повышения концентрации.
Методы обработки соапстоков зависят от вида соапстоков и их назначения.
Обработка соапстоков, получающихся при рафинации светлых масел и саломаса, заключается в высаливании поваренной солью. При этом из соапстока отделяется часть содержащейся в нем воды, в результате чего концентрация жиров повышается.
При обработке соапстоков черного хлопкового масла в них добавляют минеральную кислоту. При этом соапсток разделяется на две части - смесь жирных кислот и нейтрального жира и кислую воду с растворенными в ней примесями. Жировую смесь обычно осветляют, например подвергают дистилляции. Этот же метод обработки минеральными кислотами применяется при очистке соапстоков светлых масел, если получающуюся при этом жировую смесь используют для выработки технического саломаса, или светлых видов хозяйственного мыла.
Высолка соапстока. Принцип этого метода обработки основан на том, что поваренная соль, растворяясь в водной фазе соапстока, повышает ее плотность. Жировая фаза, как более легкая, быстрее отделяется и всплывает, а отделившаяся вода оседает на дно аппарата. Кроме того, соль ослабляет эмульгирующее действие мыла, находящегося в соапстоке, в результате чего жировая фаза полнее отделяется от водной фазы соапстока. При этом высвобождается также часть увлеченного нейтрального жира.
Технология высолки соапстока несложна. Его помещают в цилиндрический с коническим или сферическим дном и плоской крышкой аппарат, снабженный змеевиками для подачи глухого и острого пара. В верхней части аппарата размещено душирующее кольцо, через которое в соапсток подают концентрированный раствор поваренной соли. Соапсток нагревают в аппарате глухим паром до 90-95° С при осторожном перемешивании его острым паром. В нагретый материал медленно, порциями, через души подают раствор соли. Концентрация раствора зависит от содержания жира в соапстоке. При низких концентрациях, например при обработке соапстоков, получающихся при рафинации с водно-солевой подкладкой или в мыльно-щелочной среде, концентрация раствора соли должна быть 18-20%.
Для хорошего и более полного отделения водной фазы соапстока содержание соли в ней должно составлять 8-10%. Для этого на каждую тонну обрабатываемого соапстока низкой концентрации (содержание жиров 8-12%), надо добавить солевой раствор из расчета 70-90 кг сухой поваренной соли или соответственно 350-450 кг 20%-ного раствора.
После обработки солевым раствором и тщательного перемешивания соапстока острым паром массу оставляют 2-3 ч для отстаивания. В аппарате образуется два слоя: верхний - концентрированный соапсток, нижний - водный слой, который спускают в очистную систему канализации. В водном слое содержится некоторое количество растворенных в виде мыла жирных кислот, которые улавливают в системе очистки сточных вод. При перемешивании соапстока острым паром необходимо соблюдать осторожность; во избежание выплескивания соапстока паровой вентиль следует открывать медленно.
Если в соапстоке находится повышенное количество нейтрального жира, то при обработке раствором соли жир частично всплывает. В этом случае в аппарате образуется три слоя: верхний - нейтральный жир, который отсасывается вакуумом и возвращается в процесс на повторную обработку, нижний - солевой раствор, который сливается в очистную систему канализации, и концентрированный соапсток, который перекачивают в складской резервуар для отправки потребителям.
Применение растворов поваренной соли для высолки соапстока увеличивает количество сточных вод, требующих очистки. Поэтому иногда для высолки применяют сухую поваренную соль. В этом случае уменьшается количество сточных вод, но повышается трудоемкость процесса и ухудшается санитарное состояние цеха.
Разложение соапстока минеральной кислотой. В тех случаях, когда из соапстока хотят выделить жировую часть, почти полностью свободную от воды, его обрабатывают минеральными кислотами, чаще всего серной. При этом наблюдается следующая химическая реакция между мылом и серной кислотой:
В результате разложения мыла высвобождаются свободные жирные кислоты, которые в смеси с нейтральным жиром всплывают и располагаются над водным слоем. Образующийся в результате реакции сульфат натрия растворяется в воде и вместе с ней сбрасывается в очистную систему канализации.
На практике известно большое количество технологических схем обработки соапстоков серной кислотой непрерывного и периодического действия. Аппаратурно-технологическая схема разложения соапстока в непрерывном потоке с разделением фаз в сепараторах.
Соапсток поступает в кислотостойкий аппарат с мешалкой, нагревается и разбавляется водой для снижения концентрации жиров. Подготовленный соапсток через расходомер подается в реактор-смеситель, в который одновременно из напорного бачка через второй расходомер подается серная кислота.
При взаимодействии серной кислоты мыло разлагается. Реакционная смесь насосом подается в кислотостойкий разделяющий сепаратор. Отделяющая смесь жирных кислот и нейтрального жира принимается в аппараты, в которых она промывается конденсатом или умягченной водой.
Кислая вода, отделяющаяся в сепараторе и в промывных аппаратах, сливается через жироловушку в очистную систему канализации. Для уменьшения промышленных стоков часть этой воды насосом возвращается в аппарат на разбавление соапстока. Жиры, отделяющиеся в жироловушке насосом, возвращаются в аппараты. Промытая жировая смесь насосом перекачивается через весы в сборный резервуар.
Если смесь жирных кислот и нейтрального жира отправляют с завода как товарный продукт, ее подсушивают. Для этого смесь засасывается в вакуум-сушильный аппарат. Высушенный продукт насосом откачивается через весы в сборный резервуар и далее насосом на склад готовой продукции.
Вся аппаратура, применяемая на этом участке, должна быть выполнена из кислотостойкой стали.
Режим работы установки следующий. Концентрацию соапстока в аппарате снижают примерно до 5%. Его подогревают здесь глухим или острым паром до 90-95° С. Количество серной кислоты дают с избытком в 5-10% против рассчитанного теоретически.
На 1 кг связанных в виде мыла жирных кислот необходимо добавить примерно 0,18 кг 100%-ной серной кислоты.
Продолжительность пребывания соапстока в смесителе для завершения реакции разложения составляет 10-15 минут.
Во время промывки особое внимание необходимо обращать на то, чтобы выходящая жировая смесь не содержала даже следов минеральной кислоты, а отделившиеся кислые воды уносили, с собой не более 0,2-0,3% жиров. Обычно для полного удаления кислоты достаточно двух-трех промывок. После каждой промывки содержимое аппаратов отстаивается 40-60 минут. Отстоявшуюся воду следует полностью сливать из конуса аппарата, в котором ведется промывка. Сушка промытой жировой смеси проводится при температуре 95-100° С под вакуумом.
Необходимо отметить, что в результате обработки соапстоков серной кислотой содержащиеся в нем жиры и жирные кислоты приобретают более темную окраску, чем до обработки.
Обработка соапстока с предварительным омылением. В тех случаях, когда из соапстока хотят получить светлые жирные кислоты, не содержащие примесей, их подвергают перегонке с водяным паром - дистилляции. Но известно, что нейтральные жиры - триглицериды - нелетучи и не перегоняются. Между тем в соапстоке всегда содержится некоторое количество нейтрального жира. В этом случае соапстоки сначала дополнительно обрабатывают едкой щелочью. При этом щелочь омыляет нейтральные жиры и превращает содержащиеся в них жирные кислоты в мыла. Такая смесь почти не содержит нейтрального жира и ее можно обработать минеральной кислотой, таким же методом, как и обычные соапстоки. В результате получают смесь жирных кислот, которые направляют на дистилляцию.
Принципиальная схема обработки соапстоков с предварительным омылением нейтрального жира.
Соапсток помещают в реактор, который представляет собой обычный мыловаренный котел. При необходимости в котле соапсток несколько разбавляют водой, чтобы снизить его вязкость, и нагревают острым водяным паром до 95-100° С. В нагретую массу при кипячении вводят по расчету раствор едкой щелочи для омыления нейтрального жира. После омыления в котле образуется раствор мыла в воде различной концентрации, который называют мыльный клей.
Полученный мыльный клей обрабатывают концентрированным раствором поваренной соли. В результате высолки и последующего отстаивания в котле образуется два слоя: вверху скапливается мыльная фаза, содержащая 50-60% жирных кислот (ее называют «мыльное ядро»), а под ним - водная фаза, в которую перешла значительная часть водорастворимых примесей и некоторое количество растворенного мыла. Эту водную фазу называют подмыльным щелоком. Ее сливают через ловушку в очистную систему канализации. При проведении этой операции следят за тем, чтобы задержать в ловушке жировые вещества, находящиеся в щелоке.
В оставшееся в котле мыльное ядро добавляют при кипячении воду, несколько разбавляют его, чтобы оно стало достаточно подвижным, и передают в систему для обработки минеральной кислотой.
Разложение и промывку проводят по режиму, описанному выше. Выделившиеся жирные кислоты передают в отделение дистилляции.
Данная схема значительно сложнее схемы простой обработки соапстоков кислотой, без предварительного омыления: увеличиваются расход химикатов, отходы и потери жира; выход дистиллированных жирных кислот составляет около 80% от массы их, содержащихся в сыром соапстоке. Вместе с тем в результате такой обработки качество дистиллированных жирных кислот хлопкового соапстока значительно повышается. Их можно использовать для выработки светлых сортов хозяйственного мыла.
Очистка сточных вод
Характеристика сточных вод
Мероприятия, осуществляемые в нашей стране по охране природы, предусматривают, в частности, ограничение потребления свежей воды на промышленно-производственные нужды и, во-вторых, тщательную очистку сточных вод, сбрасываемых в канализационные сети общего пользования или в водоемы. В соответствии с этим на предприятиях осуществляются работы по экономии воды, в первую очередь используемой для охлаждения и конденсации, а также по очистке сточных вод.
Воду, используемую в рафинационных цехах, условно можно разбить на три группы:
вода, направляемая для охлаждения через рубашки и змеевики, не соприкасающаяся с жиром и другими обрабатываемыми материалами. Эта условно-чистая вода не нуждается в специальной очистке и после охлаждения ее в градирне может многократно циркулировать в системе;
вода, используемая в конденсаторах смешения пароэжекторных вакуум-насосов. Эта вода содержит в себе значительное количество жировых и жироподобных примесей, отгоняемых с паром из дезодораторов. Расход воды на эти цели является наибольшим в рафинационных цехах, выпускающих дезодорированные жиры. Их очистка и многократное использование являются одним из важных мероприятий рациональной схемы водоиспользования в рафинационных цехах;
вода, используемая для промывки жиров после щелочной рафинации, а также после доомыления соапстоков и разложения их серной кислотой. Эта вода содержит в растворенном состоянии и в виде эмульсии некоторое количество жиров, жирных кислот и мыла, а также других загрязнений. Хотя количество воды третьей группы сравнительно невелико, она требует тщательной очистки.
Очистка воды от содержащихся жировых примесей кроме защиты от загрязнений водоемов позволяет уловить и утилизировать примеси и, таким образом, снизить безвозвратные потери жиров в производстве.
Методы очистки сточных вод
Первой стадией очистки жирсодержащих сточных вод является пропуск их через жироловушки, в которых жир, как более легкий, всплывает. По мере накопления жир снимается и отводится в сборный резервуар. При помощи ловушек удается выделить из воды более или менее крупные капельки плавающего жира. Более глубокая очистка достигается методом флотации.
Очистка сточных вод с помощью жироловушек. Устройство и принцип работы жироловушки простейшего типа. Прямоугольный резервуар разделен поперечными перегородками на несколько секций-отсеков, сообщающихся между собой при помощи карманов.
Содержащая жировые капельки вода поступает в первую по ходу секцию. Размеры секции выбирают такими, чтобы скорость движения воды в ней была небольшой (порядка 3-4 мм в секунду). При медленном движении более легкие капельки жира поднимаются и накапливаются в верхней части ловушки. Частично освободившаяся от жира вода поступает в нижнюю часть кармана и переливается через переточное отверстие в следующую секцию. Здесь происходит такой же процесс.
После медленного прохождения воды через 3-5 отсеков жироловушки из нее более или менее полно отделяется механически увлеченный жир. По мере накопления в верхней части жироловушки жир отсасывается в вакуум-сборник или откачивается насосом в сборный резервуар и вода спускается в контрольную дворовую жироловушку и далее в очистную систему.
Очистка сточных вод методом флотации. Принцип этого метода основан на том, что через очищаемую воду пропускают мелкие пузырьки воздуха. Мельчайшие жировые капельки, находящиеся в воде, прилипают к пузырькам воздуха и вместе с ними всплывают. Здесь пузырьки воздуха лопаются, а жир, образует плавающую пленку, которая собирается и отводится с поверхности воды.
Схема очистки сточных вод методом флотации, применяющаяся на жировых предприятиях. Жирсодержащие сточные воды, предварительно пропущенные через жироловушку, собираются в резервуар, из которого насосом подаются в основной аппарат для очистки - флотатор. Очищенная вода стекает в резервуар, из которого насосом подается на градирню. Здесь она охлаждается, после чего очищенная и охлажденная вода насосом подается в производство.
Часть очищенной воды из резервуара возвращается на циркуляцию. Насос подает эту воду в герметический бак (ресивер), в который инжектор подает воздух. В ресивере вода насыщается воздухом и поступает под давлением во флотатор. Всплывающие жировые примеси образуют пенистый слой, который стекает в сборник. Здесь пена разрушается и выделившийся жир насосом откачивается в приемный резервуар.
Для повышения эффективности работы флотационной установки в очищаемую воду периодически добавляют растворенный глинозем (сернокислый алюминий). Глинозем прилипает к мельчайшим капелькам жировых примесей и образует хлопья, которые легче отделяются от очищаемой воды. Раствор глинозема подается из резервуара инжектором. Количество его контролируется расходомером.
Флотатор представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар глубиной 2 м с наклонным днищем. Резервуар концентрической перегородкой разделен на две части. Внутренняя его часть представляет собственно флотационную камеру, а наружное кольцо - отстойник. Через патрубок во флотатор поступает очищаемая вода, а через вращающийся распределитель - насыщенная воздухом циркуляционная вода. Поднимающиеся в виде пены жировые примеси, прилипшие к пузырькам воздуха, попадают в сборный желоб, по которому они отводятся через патрубок.
Очищенная вода огибает вторую перегородку, попадает через кольцо в сборный лоток и далее через патрубок отводится к насосу, который подает ее на градирню.
Методом флотации удается удалить из очищаемой воды 50-75% содержащихся в ней жировых и жироподобных веществ. Если до очистки в них содержалось 65-98 мг в 1 л воды, то после очистки в ней остается 23-39 мг/л. Такая вода может циркулировать в системе 10-15 дней, после чего ее следует заменить на свежую.
Периодически (1-2 раза в месяц) флотатор очищают от скапливающегося на его дне механического осадка.
Отходы, собирающиеся из флотационной установки, содержат смесь из жировых и жироподобных веществ, в том числе в виде алюминиевых мыл. В их составе много окисленных продуктов. Эта смесь имеет обычно сильный неприятный запах. Ее не рекомендуется добавлять к отходам, направляемым на мыловаренные заводы. На некоторых заводах ее используют в качестве поверхностно-активного вещества в дорожном строительстве.