NO137083B - Fremgangsm}te for utvinning av terpener. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for utvinning av terpener fra vandige væsker som inneholder terpener. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen utvinning av terpener fra vandige væsker som inneholder terpener i relativt små konsentrasjo-ner hvor terpenene er til stede i dispergert eller løselig form og hvor det er upraktisk å anvende adskillelse ved dekantering eller sentrifugering.

Uttrykket "terpener" refererer i det følgende til flyktige, vanligvis flytende, vann-uløselige, naturlig forekommende, acykliske og cykliske materialer som minst består av ca. 70 vekt% C^QH .^-hydrokarboner avledet fra vegetabilske materialer, først

og fremst nåletrær og skall av sitrusfrukter, men omfatter også

i mindre' grad andre vegetabilske kilder slik som gress, ugress, høy,blader av planter og organiske avfallsprodukter derav. Terpener som stammer fra kokning av ved er kjent som terpentin, og terpener som stammer fra skall av sitrusfrukter inneholder over 90 vekt% limonen og er følgelig kjent som sitruslimonen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes for utvinning av terpentin ved massefremstillingsmetoder fra alkalisk kokevæske som er kjent som svartlut. Dette er en utmerket metode til å kontrollere forurensning av atmosfæren og vann i forbindelse med massefremstillingen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er også anvendelig

for utvinning av sitruslimonen som et biprodukt ved ekstraksjon av sitrusfruktsaft. Dette trekk bidrar også til å bekjempe miljø-forurensningene .

Ved massefremstillingen tilsettes vedflis og en alkalisk løsning av kokevæske til kokeren. Vedflisen kan tilsettes satsvis eller kontinuerlig som i den kommersielt kjente "Kamyr"-prosess. Vedflisen kan deretter kokes satsvis eller kontinuerlig ved forhøyede temperaturer (f .eks. 171 C til 179 C) og trykk f.eks. 7,1 til 12,5 kg/cm 2) slik at det dannes en fiberaktig masse og gassformige biprodukter som inneholder vann, terpentin og andre verdifulle kjemikalier.

Kokevæsken, svartluten, skilles fra massen etter kokningen og inneholder blant annet natriumhydroksyd, natriumsulfat, natriumsulfitt, natriumfenat, natriumsalter av ligninmaterialer (lignater) , fettsyresåper, harpikssåper, uforsåpbare organiske forbindelser og små mengder (dvs. ca. 0,0005 til 0,02 vekt%) dispergert eller oppløst terpentin.. Terpentinen holdes tilsynelaten-de i dispergert eller oppløst form i svartluten ved hjelp, av lignin-forbindelser, såper og andre overflateaktive materialer som er til stede.

Fordi terpentinen er løst eller dispergert adskiller

den seg ikke som en ikke. blandbar fase fra svartluten, og terpentinen kan således ikke fjernes effektivt fra svartluten ved dekantering eller sentrifugering.

Når svartluten konsentreres ved fordampning for utvinning av kjemiske komponenter fordamper også terpentinen. Gjenvinn-ing av terpentindamper fra svartlut ved kondensasjon og dekantering har tidligere ikke vært effektiv fordi tidligere teknikk ik-ke tok hensyn til den meget lave konsentrasjon av terpentinen, i dampen; og mesteparten av terpentinen gikk tapt som ikke-kondenserbare gasser fra fordampere eller ble kondensert og gikk tapt fordi den var oppløst i kondensatvannet. Disse ikke-kondenserbare gasser luftes vanligvis til atmosfæren som avgasser, og man taper verdifull terpentin samtidig som man får en kilde til forurensning av atmosfæren. Oppløst terpentin i kondensatet er en kilde til forurensning av vann i utslipp fra fabrikkene.

Et lignende problem er til stede ved utvinning av sitruslimonen ved ekstraksjon og konsentrering av sitrusfruktsaft.

Ved ekstraksjon og konsentreringsprosessene av sitrussaft klem-

mes eller presses appelsiner, mandariner, grapefrukt, grønne sitroner eller sitroner for å ekstrahere saften, og saften konsentreres ved flertrinnsfordampning for å gi fruktsaftkonsentratet.

Som biprodukter av disse ekstraksjons- og konsentrasjonsprosesser kan man utvinne sitruslimonen. Ved ekstraksjon av saft fra fruk-ten i ekstraksjonsapparater skylles skallet med vann for å gi en skallolje/vann-emulsjon hvorfra skalloljen kan adskilles i en sentrifugalseparator for'å gi en overløpsfase som kalles kald pressolje. Dessverre misterman en stor del av skalloljen som s kallolje/vann-emulsjon i den vandige avløpsfasen fra sentri-fugalseparatoren.

En annen kilde for skallolje er skallet selv. Etter ekstraksjon av saften behandles det våte skallet med brent kalk, desintegreres i en hammermølle og presses for å gi "presset skall" og en vandig dispersjon som kalles skallveeske. Fraksjonene (dvs. skallolje/vann-emulsjonen og/eller skallvæsken) kan helt eller delvis fordampes for å gi en våt, gassformig fraksjon hvorfra terpener kan utvinnes ifølge foreliggende oppfinnelse.

Tidligere har man gjort forsøk for"å kunne utvinne terpentinen fra ikke kondenserte avgasser ved konsentrering av svartlut ved fordampning. Artikkelen "Turpentine Recovery for continu-ous Digesters" av L.B. Jansson, i TAPPI Journal, volum 50, nr. 4, april 1967 , angir at terpentinen strippes fra svartluten ved fler-trinnsfordampningen og foreslår å lufte "damplommen" i hvert trinn til et felles avløpsrør som føres til en direkte- eller kontaktfor-damper hvor terpentinen eller vanndampene kondenseres for gjenvinning ved direkte kontakt med en vandig natriumhydroksydløsning. Kjøleren luftes i parallell til dampstråle-ejektorsystemet som evakuerer den kokende væskesonen i siste f ordampnings.trinn.

Dette systemet er ikke blitt industrielt anvendt på grunn av sitt.meget lave utbytte av terpentin. slike lave ut-bytter av terpentin skyldes mange faktorer. Fremfor alt at kjø-leren drives ved lavt trykk idet den luftes direkte til dampstrå-lesystemet ved ca. 0,07 til 0,14 kg/cm 2 eller lavere. Under disse lave trykk er temperaturen av mettet damp ca. 37°c til 54°C,

og duggpunktet for terpentin er meget lavere enn temperaturen av mettet damp. Det vil derfor være nødvendig med meget lave temperaturer for å kunne kondensere noe terpentin fra dampfasen ved dette trykk. Oppnåelse av slike lave temperaturer er ikke praktisk eller ikke mulig med kjølevann som vanligvis holder en temperatur på 15 til 32°C. Dessuten foreslår den nevnte artikkel an-vendelse av en direkte kjøler hvor kjølevæsken er i direkte kontakt med dampen som skal kondenseres. Dette tilfører et betydelig volum av vann til den flytende terpentin som vil bli kondensert og øker derved volumet av vann som må fjernes ved faseseparasjon. Dette øker løseligheten og medrivningstapet av terpentin i den vandige fasen. Den direkte kondenserende væsken er dessuten en alkalisk løsning som virker som emulgeringsmiddel ved å danne

grenseflateemulsjoner mellom eventuelt kondensert terpentin og vann.

Et annet system er foreslått i artikkelen "There's

gold in those gases-turpentine, ready for the collecting" av L.Y. Liu, oktober 1969 i Pulp and Paper. Artikkelen foreslår oppsamling av alle ikke-kondenserbare gasser fra avgassen fra siste dampstråletrinn i svartlutinndamperne. Hvitlut anvendes for å

skrubbe gassen ved en temperatur på 100°C, og det anvendes en kjøler for å kondensere gassen etter skrubbing. Kondensatet fra kjøleren som inneholder terpentin dekanteres ved hjelp av et ter-pentindekanteringsapparat med varmtvannsbrønn. Ved oppsamling ba-re av avgass fra siste dampstråletrinn mister man en betydelig del av terpentinen.

US-patent 3 432 402 foreslår en fremgangsmåte for å øke utbyttet av terpentin-biprodukter ved kontinuerlig kokning etter sulfatmetoden som består i å oppvarme svartluten på nytt til en temperatur på ca. 166 til 204°c, fordampe den gjenoppvarmede svartlut og kondensere den resulterende flyktige terpentin. Denne metode baserer seg på teorien om at terpentinutvinningen er lav ved konvensjonell kontinuerlig kokning fordi noe av terpentinen blir igjen i svartluten i en bundet, polymer eller på annen måte ikke flyktig form som skyldes dé noe mildere temperaturer og trykk som anvendes ved kontinuerlig kokning sammenlignet med de mer strenge betingelser ved satsvis kokning. Ved gjenoppvarmning av svartluten frigjøres bundet terpentin eller overføres til en flyktig form sammen med flyktig eller ikke flyktig terpentin fra svartluten fra den kontinuerlige kokeren. Ved overføring til en sone méd lavere, trykk fordampes svartluten som inneholder den flyktige terpentin som deretter kondenseres. Dette patent foreslår ikke utvinning av terpentin fra utvalgte avgasser fra en flertrinnsfordamper og vedrører bare høytrykksdepolymeringsteknikk ved en spesifikk høy temperatur for å frigjøre terpentin fra svartluten.

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for utvinning av terpener i et flertrinns-fordampningssystem, hvor vandige væsker som inneholder terpener konsentreres ved fordampning i en serie av fordampningstrinn med oppvarmet overflate, idet trinnene har en dampkondenseringssone og en kokende væskesone, og hvor terpener og vann som fordampes i den kokende væskesone i ett trinn ledes til dampkondenseringssonen i påfølgende trinn og ikke-kondensert damp fra dampkondenseringssonen tas ut til en kondensasjons--sone for kondensasjon og utvinning av terpener. Fremgangsmåten er karakterisert ved at man øker trykket av den nevnte damp for å heve terpenkomponentehs duggpunkt og videre at man senker dampens temperatur til under terpenkomponentens duggpunkt ved indirekte varmeveksling i sistnevnte kondensasjonssone slik at man får et kondensat som inneholder ikke-blandbare terpen- og vannfaser, samler opp kondensatet og separerer ikke-blandbare kondensatfaser i en terpenfase og en vandig fase.

I svartlutfordamperne er ikke-kondensert damp fra "dampkondenseringssonen" spesielt anriket på terpentin fordi mesteparten av vanndampen allerede er blitt kondensert som "kondens-damp" ved å frigjøre varme til "den kokende væske" i den kokende væskesone. Hvert fordampningstrinn er av typen med oppvarmet fya overflate hvor varmen overføres/en "dampkondensenngssone" ved et gitt trykk gjennom den oppvarmede overflate til en kokendevæske-sone som holdes ved et trykk som er lavere enn trykket i dampkondenseringssonen. Dampene som dannes i kokende væskesone i ett trinn går til dampkondenseringssonen i neste trinn for å overføre varme til "den kokende væskesone" i neste trinn. Fordampningen utføres, således i hvert trinn ved å overføre varme fra kondenserende dampsone til kokende væskesone idet man holder trykket i kokende væskesone lavere enn trykket i kondenserende dampsone for å gi en tilsvarende reduksjon i kokepunktet av væsken i den kokende væskesone.

I hver kokende væskesone hvor svartlut fordampes, frem-stilles det damp som er anriket på terpentin ifølge destillasjons-lovene. N^r (3isse damprer føres til dampkondenseringssonen i neste trinn vil hovedmengden av terpentinen ikke kondensere, selv om hoveddelen av vanndampen er kondensert , fordi terpentinen forblir i dampform i et molforhold tilsvarende damptrykkene av terpentin og vann på ethvert tidspunkt da både vann og terpentin er til stede i væskeform, uavhengig av tilstedeværelsen av ikke-kondenserbare gasser. Terpentinen blir således igjen i form av ikke kondensert damp. Terpentinen utvinnes deretter ved kondensering av ikke kondensert damp ved indirekte varmeutveksling ved øket trykk for

å øke duggpunktet til terpentinen og gi et tofase-kondensat hvorfra terpentinen kan utvinnes ved dekantering, sentrifugering eller andre konvensjonelle faseseparasjonsteknikker for ikke blandbare væsker. Heving av trykket hever duggpunktet til terpentinen og gjør det mulig å kondensere terpentinen ved høyere temperatur enn

ved indirekte varmeveksling ved hjelp av kjølevann på fra 16 til 32°C.

Betegnelsen "duggpunkt" anvendes i konvensjonell betyd-ning og refererer seg til den temperatur hvorved dampfasen blir mettet med en gitt komponent ved foreliggende trykk og er den temperatur hvor partialtrykket av komponenten i dampen er lik damptrykket .

Ikke-kondenserbare damper fra dampkondenseringssonen i hvert trinn hvor svartluten konsentreres,blir følgelig anriket på terpentin (f.eks. 5% til 10 vekt% terpentin, idet differansen er vanndamp, luft, merkaptaner og sulfider).

Teoretisk bør trykket heves så meget som mulig og kon-denstemperaturen være så lav som mulig for "å optimalisere terpentinutvinningen. I praksis krever imidlertid trykk over atmosfære-trykk spesielt utstyr, og meget lave temperaturer krever kjøleen-heter, og slikt utstyr er meget kostbart. Det har således vist seg at forbedringer i nivået av terpentinkondensasjonen kan oppnås ved å øke trykket av ikke-kondenserbare damper til atmosfære-trykk idet man reduserer temperaturen så meget som mulig ved hjelp av tilgjengelig kjølevann (vanligvis tilgjengelig i området fra 16 til 32°C).

Komprimering og kjøling av dampene kan utføres ved hjelp av dampstråleejektorer eller mekanisk komprimering. Vanligvis komprimeres dampene og kjøles i et enkelt eller flertrinns-dampstråle-ejektorsystem. I én type flertrinns-dampstråleejektor kan ikke-kondenserbar damp tas ut fra dampkondenseringssonen i et av trinnene hvor trykket er 0,42 kg/cm^ og temperaturen 77°C ved strupning i dampstråleejektorsystemet som kjøres med sug til førs-te dampstråletrinn ved 0,21 kg/cm 2. Det første trinn komprimerer dampen til 0,35 kg/cm 2, og den komprimerte damp fra første trinn kondenseres i en indirekte mellomliggende kjøler til en temperatur på 66°c for å gi et tofasekondensat som inneholder ikke blandbar terpentin og vannfase. Ikke-kondenserbar damp fra mellomliggende kjøler luftes til sugesiden av det annet dampstråleejektortrinn hvor dampen komprimeres ytterligere til atmosfæretrykk. Disse komprimerte damper ved atmosfæretrykk kondenseres ytterligere i en annen indirekte varmeveksler for å gi et tofase-kondensat som inneholder ikke blandbare terpentin- og vannfaser.

Ved en annen kompresjonsteknikk kan dampen delvis kondenseres i en indirekte kjøler hvor den indirekte kjøler luftes til en enkel dampstråleejektor som komprimerer dampen til atmosfæretrykk. Den komprimerte damp kondenseres deretter indirekte

for å gi terpen- og vannfaser.

Ikke-blandbare kondensatfaser separeres deretter ved hjelp av forskjell i tetthet til en terpentin-overløpsfase og et vandig avløp. De ikke-blandbare faser separeres fortrinnsvis ved en temperatur fra 52°C til kokepunktet for de kombinerte faser og fortrinnsvis ved 60°C til 93°C.

Alternativt kan de ikke-blandbare kondensatfaser separeres ved hjelp av en hvilken som helst konvensjonell metode for sepa-rering av ikke-blandbare væsker f.eks. væske/væske-ekstraksjon, fa-seagglomerering ved elektrisk ladning som vist i US-patent nr. 3 356 603, dampdestillasjon, omvendt osmose, ultrafiltrering, pre-ferentiell adsorpsjon eller absorpsjon av en åv væskefasene på et sorpsjonsmedium og fasesammensmeltning ved hjelp av overflate-spenning.

Den aktuelle trykkøkning som dampene må underkastes,

er avhengig av sammensetningen av dampene. Duggpunktet til terpentinen vil nås når partialtrykket av terpentinen i dampen er

lik damptrykket av terpentinen ved damptemperaturen.

Ved det at partialtrykket av terpentinen er direkte propor-sjonalt med molfraksjonen av terpentinen i dampen, vil høyere ter-pentinkonsentrasjon bety høyere duggpunkt. Dessuten vil, siden partialtrykket = (totaltrykk) x (molfraksjon),økningen av total-trykket også ha den virkning at det hever duggpunktet til terpentinen. En økning i trykket vil således følges av en reduksjon i temperatur, og terpentinutvinningen ved kondensasjon forhøyes. Damptrvkket heves vanligvis minst ca. 0,14 kg/cm 2 og fortrinns-

vis minst ca. 0,49 kg./cm 2 over trykket i dampkondenseringssonen i trinnet hvorfra dampen uttas for at man skal oppnå en betydelig forhøyelse av duggpunktet. Dette oppnås lett ved å komprimere dampen til atmosfæretrykk i ett, to eller flere kompresjonstrinn. Dette trekk er illustrert i det følgende: Det antas at ikke-kondenserbar damp i en av dampkonden-seringssonene i ett av trinnene har et vektforhold på 20 deler vann pr. del terpentin ved et totalt trykk på 0,52 kg/cm 2(eller 360 mm Hg). Dampen vil også inneholde noe ikke-kondenserbart, f.eks. luft, merkaptaner og sulfid. Innholdet av disse komponenter er avhengig av hvor mye omgivelsesluft som lekker inn i trinnene under redusert trykk, vedtypen som kokes og sammensetningen

av kokevæsken. Disse parametre varierer fra fabrikk til fabrikk, og man vil til å begynne med se bort fra disse. Under disse betingelser (vann-til-terpentin-forhold på 20:1 ved et totaltrykk på 0,52 kg/cm^), er duggpunktet til terpentin ca. l°c ved de føl-gende beregninger;

Anta 953 kg damp, slik at vann- og terpentininnholdet vil være:

Siden mol% = trykk%, er partialtrykket av terpentin (0,0066)

(360 mm) = 2,5 mm Hg.

Temperaturen hvorved vanndamptrykket av terpentin er 2,5 mm Hg er 1°C, slik at duggpunktet er 1°C ved 0,52 kg/cm .

Dersom trykket blir øket til atmosfæretrykk på 1,04 kg/ cm 2 (eller 760 mm Hg) vil partialtrykket av terpentin være (0,0066)

(760 mm) = 5 mm Hg og temperaturen hvorved vanndamptrykket av terpentin er 5 mm Hg er 28°C, slik at duggpunktet til terpentin er 28°C ved atmosfæretrykk. Terpentinen vil således begynne å kondensere ved 28°C ved atn osfæretrykk sammenlignet med 1°C ved 0,52 kg/cm 2.

Dersom trykket blir øket til 2,05 kg/cm 2 (eller 1520 mm Hg) vil partialtrykket av terpentinen være (0,0066) (1520 mm) = 10 mm Hg og temperaturen hvorved damptrykket av terpentin er 10 mm Hg. er 38°C, slik at duggpunktet til terpentin er 38°C ved 2,05 kg/cm^.

Anta nå at 10 mol% luft, merkaptaner og andre ikke-kondenserbare gasser tilsettes til ikke-kondensert avdamp. Det vil således være

Ved 1,04 kg/cm 2 (eller 760 mm Hg) vil partialtrykket såoledes være

(0,0060 ) (760) = 4,5 mm Hg og temperaturen hvorved damptrykket av terpentin er 4,5 mm Hg er ca. 25,5°C, slik at duggpunktet vil væ-re 25,5°C sammenlignet, med 28°c ved fravær av ikke-kondenserbart.

Fremgangsmåten i henhold til.oppfinnelsen kan anvendes for utvinning av sitruslimonen fra utviklet damp under mangetrinns-fordampningen av sitrus-skallolje og sitrusfruktsaft ved å kondensere sitruslimonen fra ikke-kondenserbar avgass fra "dampkondenseringssonen" , idet minst ett av fordampningstrinnene oppvarmes med damp dannet ved fordampning av skallvæske, damper dannet ved fordampning av sitrusolje/vann-emulsjon, damper dannet ved fordampning av vandige overløp fra sentrifugeringen av kald pressolje og damper dannet ved fordampning av fruktsaft. Ikke-kondenserte damper anrikes på sitruslimonen. Kondensasjonen finner sted ved indirekte varmeveksling og utføres ved et trykk som er høyere enn trykket i "dampkondenseringssonen" i det bestemte fordampningstrinn for å heve duggpunkttemperaturen av sitruslimonen og tilla-te kondensasjon av sitruslimonen ved en relativt høy temperatur.

Oppfinnelsen har således tre karakteristiske trekk: Uttak av ikke-kondensert avgass fra dampkondenseringssonen fra et fordampningstrinn som tilføres damp dannet ved fordampning av svartlut, damp dannet ved fordampning av vandige væsker som inneholder sitruslimonen eller andre våte gasser som inneholder terpener;

heving av trykket av nevnte avgasser for å heve duggpunktet til terpenkomponenten;

kondensering av terpenkomponenten ved en temperatur under duggpunktet til terpenkomponenten ved indirekte varmeveksling.

De ovenfor nevnte og andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de medfølgende tegninger: Fig. 1 er et skjematisk flytdiagram som illustrerer hovedtrek-kene ved et anlegg for utvinning av terpentin fra en flertrinns fordampningsprosess hvor svartluten konsentreres. Fig. 1 anskueliggjør i detalj eksempel 1. Fig. 2 er en detaljert illustrasjon av dampstråle-ejektorsystemet som er angitt i fig. 1.

Som tilleggsopplysninger for fig. 1 skal bemerkes at

ved kokningen (ikke vist) tilføres vedflis til kokere sammen med kokevæske. Under kokningen tilføres damp til kokerne for hevning av temperaturen og trykket. Etter at veden er kokt, tømmes koke-innholdet og føres til massevaskere. Svartlut fjernes fra kokeren, og en del av vanndampen fordampes idet trykket reduseres fra koke-, trykket til atmosfæretrykk. Denne svartluten er kjent som "svak svartlut" og inneholder ca. 15 til 20 vekt% faste stoffer og ca. 0,02% dispergert eller oppløst terpentin.

Som vist i fig. 1 går svartluten fra lagringstank 9 gjennom ledningen 10 til et flertrinns fordampningssystem hvor svartluten underkastes konsentrering i flere påfølgende fordampningstrinn. på figuren inneholder flertrinns-fordampningssyste-met fem trinn. Trinnene er angitt med 1 til 5, idet trinn "1"

er "første trinn", trinn "2" er "annet trinn" osv. Trinnene er nummerert på konvensjonell måte. Det vil si at siste trinn (eller høyeste tall) er det hvor damptrykket er et minimum; og det første (eller laveste tall) er det hvor damptrykket er et maksi-mum. Nummereringen av trinnene er uavhengig av den rekkefølge som væsken tilføres. Matingen kan foregå etter en hvilken som helst konvensjonell metode, slik som mating forover i systemet hvor den svakeste væsken mates til første trinn og konsentreres i de andre trinnene; mating bakover i systemet hvor den svakeste væske mates til det siste trinn og deretter pumpes gjennom følgen-de trinn til første trinn; blandet mating hvor svakeste væske mates til et mellomliggende trinn, strømmer forover i systemet til slutten av serien og deretter pumpes bakover til første trinn for endelig konsentrering; parallellmating hvor svak væske mates direkte til hvert trinn, eller en kombinasjon av disse.

Referansetallene for fordampningseffektene har indekser for hvert trinn. Referansetallet 76 refererer seg således til mateinnløpet for hvert trinn, og tallet 76-2 refererer seg til mateinnløpet for annet trinn. Fordamperne er like og er av konvensjonell konstruksjon og har et skall 56 som omgir en rørbunt

50, og gjennom denne stiger og koker svartluten som innføres gjennom samletanken 51. Delvis fordampet og konsentrert svartlut kommer ut fra toppen av rørbunten 50, samler seg i den laveste delen av damphetten 53 og renner fra damphetten 53 gjennom utløpet 54 til lagring eller ytterligere konsentrering i andre fordampningstrinn. Oppsamlet damp i damphetten 53 føres til ledningen 55. Rørbunten 50 og damphetten 53 utgjør således kokende væskesone i et fordampningstrinn.

Varmen overføres gjennom rørbunten 50 fra skallet 56. Skallet 56 omslutter rørbunten 50 og tilføres med oppvarmet' damp

gjennom innløp 52. Idet varme overføres gjennom rørbunten 50 til den kokende væsken kondenseres damp i skall 56 slik at man får et væskekondensat som renner ut gjennom utløpet 58. Dette kondensatet kan føres, fra skallet i et trinn til neste trinn gjennom en serie av trinn for ytterligere utnyttelse av følbar varme. Som

vist i fig. 1 går kondensatet fra utløp 58-2 til skall 56-3 osv. Denne teknikk kalles'"kaskadering" av kondensatet. Kaskadering

av kondensatet fra dampkondenseringssoner som inneholder damp fra fordampning av svartlut er den foretrukne metode for drift fordi terpentinen som vil kondensere i kondensatet vil fordampes fra kondensatet i neste trinn. Denne metode skaffer således tilveie stripping av eventuell terpentin for å unngå terpentintap i kondensatet. Alternativt kan kondensatet tas ut i parallell fra hvert trinn gjennom ledningen 87. I første trinn oppvarmes skallet 56-1 med kokedamp gjennom innløpet 52-1 som ikke. inneholder terpentin, slik at kondensatet går tilbake fra utløp 58-1 til kokeren for å benyttes om igjen.

Fordi damp kondenseres i skall 56, er skallet kjent som dampkondenseringssonen. Ikke-kondensert damp i skall 56 går ut gjennom åpningen 57. Disse ikke-kondenserte damper betegnes som "avdamper". Ledninger og ventiler i forbindelse méd åpningene 57 arrangeres slik at avdampene fra skall 56 kan føres i parallell til samletank 59 eller føres til skallet i neste trinn. Når f.eks. ventilene 60-2 og 62-2 er lukket og ventilene 61-2 og 63-2 er åpne vil avgass fra skall 57-2 gå til skall 56-2 gjennom innløpet 52-3. Denne teknikk er kjent som "kaskadering" av avgasser fra skall til skall og dette.er den vanlige metoden. Alternativt når ventil 60-2 er åpen og 61-2 er lukket, vil damp fra utløp 57-2 gå direkte til samletank 59. Når skallet i hvert trinn er luftet på denne måte sier man at skallene luftes i parallell. Dampene fra hvert av skallene 56-2 til 56-4 kan luftes i parallell eller kaskaderes. Dessuten når dampene kaskaderes kan en del tas ut i parallell. Ventilene 62-2 til 62-4 og ventilene 63-2 og 63-4 er der for å til-late lufting av damphetter 53-2 til 53-4 til samletank 59. Ved den normale fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen vil damphettene 53-2 til 53-4 bli luftet til samletanken 59.

Dampene som samles opp i damphetten 53 føres gjennom ledningen 55 til skallet 56 i neste trinn hvor dampene frigjør varme og kondenseres. Damp i damphette 53-2 går således gjennom ledningen 55-2 gjennom innløpet 52-2 til skallet 56-3. Trykket i damphetten 53-2 og skall 56-3. vil således teoretisk være det samme. Damphetten 53-5 (siste trinn) luftes gjennom ledningen 64 til den primære dampstråleejektoren og kjølere eller annet konvensjo-nelt vakuum- eller kjøleutstyr som er illustrert skjematisk i fig. 1.

Den primære dampstråleejektor er av konvensjonell konstruksjon hvorved dampen komprimeres med høytrykksdamp (f.eks. 10,5 kg/cm 2) i åpningen på en ejektor av Venturi-typen. Disse kan ta imot store volumer av damp av lav tetthet. Ejektorene arrangeres vanligvis i trinn med to eller flere dampstråleejektorer i hver serie og har en overflatekjøler etter første trinn og "mellomkjølere" mellom trinnene. Ikke-kondenserbare gasser luftes fra dampejektorene til atmosfæren eller til en skrubber. Samletanken 59 er bundet sammen med de sekundære dampstråleejektorer og kjølere gjennom ventilen 65.

Eksempel 1

Ved drift føres svartlut fra lagertank 9 som inneholder ca. 15 vekt% faste stoffer og 0,02% terpentin gjennom ledningen 10 til mateinnløpet 76-3 i kokende væskesone i tredje trinn og inn-løp 76-4 i kokende væskesone i fjerde trinn ved parallell mating. Temperaturen i kokende væskesone i tredje trinn er ca. 88°C og trykket er ca. 0,65 kg/cm . Temperaturen i kokende væskesone i fjerde trinn er ca. 74°C. Trykket er ca. 0,37 kg/cm<2>. Før til-førselen går konsentrert svartlut gjennom ledningen 77-4 fra fjerde trinn, og delvis konsentrert svartlut går gjennom ledningen 77-5 slik at tilførselen som går gjennom innløpet 76-3 og 76-4 har et tørrstoffinnhold på ca. 18 til 23 vekt%. Mateteknikken gjør skummingen av svartlut mindre ved fordampningen i tredje og fjerde trinn ved at tørrstoffinnholdet øker. Dette gir tilstrek-kelig fordampning og unødvendig tap av terpentin.

Svartluten konsentreres i fjerde trinn til ca. 22 til 25% tørrstoff ved fordampning av vann og terpentin. Minst ca. 90% av terpentininnholdet på 0,02% i svartluten fordampes i fjerde trinn. Den resulterende terpentindamp og vanndamp er ved en temperatur på ca. 74°c og et trykk på 0,37 kg/cm i damphetten 53-4. Dampen i damphetten 53-4 tas ut gjennom ledningen 55-4 og går til innløpet 52-5 i kondensdampsonen i fjerde trinn hvor den tjener som oppvarmningsvæske. Fortykket væske med tørrstoff på 22-25% og en temperatur på 74°c og "et trykk på 0,37 kg/cm<2> fra kokende væskesone i fjerde trinn tas ut gjennom utløpet 54-4.

Fra utløpet 54-4 går svartluten med et tørrstoffinnhold på 22

til 25% gjennom ledningen 77-4 hvor en del går til tilførselen til kokende væskesone i femte trinn ved innløpet 76-5 og en annen del av svartluten i ledning 77-4 bortføres og blandes med svak

innkommende svartlut i ledning 10 for å heve tørrstoffinnholdet til ca. 18 til 23% for tilsetning til tredje og fjerde trinn i parallell som beskrevet ovenfor.

I kokende væskesone i femte trinn hvor temperaturen er ca. 54,5°C og trykket er ca. 0,17 kg/cm<2> konsentreres svartluten ytterligere til ca. 30% tørrstoff ved fordampning av vann sammen med dampfraksjonen som tas ut gjennom ledningen 64 til de primære dampstråleejektorer og kjølere. Fortykket svartlut med et tørrstoffinnhold på ca. 30% pumpes fra kokende væskesone i femte trinn gjennom utløpet 54-5 gjennom ledningen 77-5 og blandes med innkommende svak svartlut i ledningen 10 for å heve tørrstoff-innholdet av svak svartlut til 18 til 23%.

Ved denne teknikk mates ikke svartlut som inneholder terpentin direkte til femte eller siste trinn fordi damper som utvikles ved fordampning i siste trinn ikke mates til dampkondenseringssonen i et påfølgende trinn. Det vil således ikke være noen anledning til å gjenvinne terpentin derfra fordi dampene som oppstår i siste trinn mates direkte til de primære dampstråleejektorer hvor terpentinutvinning ikke er praktisk på grunn av de store volumer av damp,' luft, merkaptaner og andre ikke-kondenserbare gasser. Tilførselen til kokende væskesone i siste trinn er allerede blitt fordampet minst én gang i fjerde trinn slik at minst en vesentlig del av terpentinen (over 90%) er blitt av- • dampet.

Svartlut i kokende væskesone i tredje trinn konsentreres ved en temperatur på 88°C og 0,3 kg/cm<2> til ca. 30% tørr-stof f ved fordampning av vann og ca. 90% av tilstedeværende terpentin. Fortykket svartlut med et tørrstoffinnhold på 30% går gjennom utløpet 54-3 gjennom ledningen 77-3 og tjener som matevæs-ke for kokende væskesone i annet trinn gjennom innløpet 76-2. Dampfraksjonen fra kokende væskesone i tredje trinn går gjennom ledningen 55-3 til dampkondenseringssonen i fjerde trinn ved en temperatur på 88°C og et trykk på 0,3 kg/cm og tjener som oppvarmningsmedium for fjerde trinn gjennom innløpet 52-4. Svartlut i kokende væskesone i annet trinn ved en temperatur på 101°C og et trykk pa 1,01 kg/cm 2 konsentreres til tørrstoff på 44% ved fordampning av vann. Fortykket svartlut med tørrstoffinnhold på 44% går fra annet trinn gjennom ledningen 77-2 og tjener som ma-tevæske til første trinn gjennom innløpet 76-1. Dampfraksjonen fra kokende væskesone i annet trinn ved en temperatur på 101°C og et trykk på 1,06 kg/cm 2går gjennom ledningen 55-2 og tjener som oppvarmningsmedium for dampkondenseringssonen i tredje trinn gjennom innløpet 52-2.

Svartlut i kokende væskesone i første trinn ved en temperatur på 109°C og et trykk på 2,5 kg/cm2 konsentreres til ca. 50% tørrstoff ved fordampning av vann, og den sterke svartluten går gjennom åpningen 54-1 gjennom ledningen 77-1 hvor den sendes til lagring. Dampfraksjonen ved 109°C og 2,5 kg/cm<2> fra første trinn går gjennom ledningen 55-1 og går til dampkondenseringssonen i annet trinn gjennom innløpet 52-2. Dampkondenseringssonen i første trinn mates sammen med kokedamp ved 131°C og 2,8 kg/cm<2 >gjennom åpningen 52-1. Kondensatet fra dampkondenseringssonen eller skall 56-1 føres tilbake til kokeren. Ikke-kondensert damp fra skall 56-1 inneholder ikke terpentin og luftes til atmosfæren.

Ikke-kondensert damp fra skall 56-2 til skall 56-5 kaskaderes i serie fra skall til skall ved å lukke ventilen 49, lukke ventilene 60-2 gjennom 60-4, lukke ventilene 62-2 til 62-4, åpne ventilene 61-2 til 61-4 og åpne ventilene 63-2 til 63-4. Alle dampene akkumuleres således i skall 56-5 for utvinning gjennom de sekundære dampstråleejektorer.

Alternativt kan ikke-kondensert damp luftes fra skallene 56-2 til 56-5 i parallell til samletanken 59 ved å åpne ventilene 60-2 til 60-4 og lukke ventilene 61-2 til 61-4 og lukke ventilene 62-2 til 62-4. Denne parallelle lufteteknikk anvendes når total-konsentrasjonen av ikke-kondenserbare gasser slik som luft og merkaptaner er så høy at de hindrer effektiv varmeoverføring i de se-nere trinn. Dessuten kan damper fra skallene kaskaderes i serie sammen med en fraksjon som er luftet i serie.

Sekundære dampstråleejektorer og kjølere er illustrert skjematisk i fig. 1 og mer detaljert i fig. 2. Samletanken 59 er forbundet til sugedelen 66 av første dampstråleejektor 67 som nor-malt kjøres ved 0,07 kg/cm 2 som er under trykket i skallene 56-2 til 56-5 slik at damper kan lett trekkes ut. Første dampstråleejektortrinn 67 mates med høyarykksdamp ca. 10,5 kg/cm 2. Damp i dampstråleejektor 67 komprimeres ved hjelp av høytrykksdamp for å gi en blanding av damp og delvis kondensert terpentin og vann. Dampstråleejektorene 67 blåser ut gjennom dysen 68 til en indirekte mellomliggende kjøler 69 hvor trykket vanligvis er 0,21 til 0,7 kg/cm<2> ved en temperatur på 60°C til 90°C og vanligvis ca. 0,32 kg/cm<2> ved 66 til 71°C. Kjølevann med så lav temperatur som mulig går gjennom indirekte mellomliggende kjøler for å oppnå temperaturen av terpentin/vannblandingen. Flytende kondensat fra mellomliggende kjøler 69 går gjennom barometerbenet 79 til varmt-vannsbrønnen 81. Varmtvannsbrønnen 81 føres til dekanteringsapparat 70 hvor terpentinen adskilles som vandig overløpsfase og vannet adskilles som avløp på grunn av forskjellen i tetthet. Alternativt kan varmebrønnen 61 elimineres og barometerbenet 79 føres direkte til dekanteringsapparat 70 under væskenivået for dannelse av en trykklås. Faseseparasjon i dekanteringsapparatet 70 utføres fortrinnsvis ved en temperatur mellom ca. 52°C og kon-densatets kokepunkt og fortrinnsvis ved en temperatur på 60°C til 93°C for effektiv faseseparasjon.

Den indirekte mellomliggende kjøler 69 ved ca. 0,32 kg/cm<2> og 66°C til 71°C luftes til sugeinnløpet 71 i annet dampstråleejektortrinn som også mates med høytrykksdamp av 10,5 kg/cm 2. Avdampene fra indirekte kjøler 69 komprimeres ytterligere og kondenseres i annet dampstråleejektortrinn 72, og komprimert og kon-'densert gass slippes ut gjennom dysen 78 på ledningen 80 til indirekte kjøler 73 som kjøres ved atmosfærisk trykk. Indirekte kondensator 73 kan kjøres på samme måte som angitt i S.N. 751 425 hvor kjølevann sirkulerer gjennom indirekte kjøler 73 for ytterligere å kondensere vann og terpentindamp fra avgassene fra annet dampejektortrinn 72. Tofasekondensatet går fra indirekte kondensator 73 til dekanteringsapparat 70 for separasjon av en terpen-tinoverløpsfase og en vandig avløpsfase ved hjelp av forskjellen i tetthet som beskrevet ovenfor. Avgassene fra indirekte kjøler 73 luftes til kontaktskrubber 74 f.eks. et tårn pakket med Raschig-ringer eller berlsadler hvor dampene ytterligere kondenseres og skrubbes ved direkte kontakt med kaldt vann som kommer inn gjennom 75. Flytende kondensat fra skrubber 74 kan føres tilbake til indirekte kjøler 73 gjennom ledningen 86 eller gå til'dekanteringsapparatet 70 gjennom ledningen 85 ved passende innstilling av ventil. Avgasser fra kontaktskrubber 74 luftes.

Når svartlut konsentreres som beskrevet ovenfor ved kaskadering av kondensatet og avdampene fra skallene 56-2 til 56-4 til skall 56-5 og uttak av dampen i skall 56-5 ved 74°C og 0,37 kg/cm 2 til samletank 59 bg til sekundær dampstråoleejektor gjennom innløp 66, er utvinningen av terpentin, basert på 4540

kg svak svartlut, som følger:

4540 kg svak svartlut inneholder:

3855 kg vann

680 kg faste stoffer (natriumsalter etc.)

0,9 kg terpentin.

Disse 4540 kg svak svartlut konsentreres i fem trinn til sterk svartlut som inneholder:

680 kg vann

680 kg faste stoffer.

Ved konsentrering i fem trinn fordampes 3400 kg vann og 0,9 kg terpentin.

Dette er 3400 kg vann fordampet i fem trinn slik at gjennomsnittlig 680 kg vann fordampes pr. trinn. I henhold til damp/væske-likevekten som eksisterer mellom svartlut og terpentin, fordampes minst ca. 90 til 95% av terpentinen teller ca. 0,82 til 0,90 kg) i trinnet hvor svak svartlut først fordampes. Dette finner sted i tredje og fjerde trinn i systemet som er beskrevet ovenfor. I kokende væskesoner i tredje og fjerde trinn fordam-

pes således ca. 1360 kg vann og 0,82 til 0,90 kg terpentin. Når dampene fra kokende væskesone i tredje trinn kondenseres i dampkondenseringssonen i fjerde trinn og dampene fra kokende væskesone i fjerde trinn kondenseres i dampkondenseringssonen i femte trinn kondenseres ca. 1350 kg vann (99+%) og det blir tilbake ca. 6,8 kg vann og 0,82 til 0,90 kg terpentin som ikke-kondensert avgass sammen med noe luft, merkaptaner og andre ikke-kondenserbare gasser som er til stede i dampkondenseringssonen i tredje og fjerde trinn. Avgassene fra dampkondenseringssonen i annet trinn kaskaderes gjennom tredje og fjerde trinn til dampkondenseringssonen i femte trinn for opptak av gjenværende terpentin. Disse ikke-kondenserte damper i dampkondenseringssonen i femte trinn anrikes på terpentin i forholdet ca. 15 deler vanndamp til 1 del terpentindamp som resultatet av kaskaderingen av 7 til 8 deler vanndamp fra hvert av de fire trinn sammen med 0,9 kg terpentin. Disse ikke-kondenserte damper komprimeres til atmosfæretrykk og kondenseres for dannelse av to ikke-blandbare væskefaser i forholdet 15 deler vann til 1 del terpentin, og dekanteres ved ca. 66°c som beskrevet i forbindelse med fig. 2 for å gi 0,82 til 0,90 kg terpentin pr. 4540 kg svak svartlut opprinnelig tilsatt. Tidligere var denne terpentin gått tapt til atmosfæren.

Ved en typisk fabrikk-kokning kan økningen i terpentinutvinningen utgjøre 1130 liter pr. dag. Hittil er disse 1130 liter' terpentin blitt ført direkte ut i luften eller vannet som en forurensning. Terpentinen og tilhørende svovelforbindelser er hovedkilden til lukt fra gassutslippene i fabrikkene og har høyt biologisk oksygenbehov (BOD) i væskeutslippene. Eliminering av 1130 liter eller mer av terpentin pr. dag gir således en vesent-

lig reduksjon i utslipp av forurensninger.

Eksempel 2

Når appelsinsaft fra et saftekstraheringsapparat, som inneholder 12 vekt% sukker, pektiner og andre faste stoffer, sammen med ca. 0,018 kg sitruslimonen pr. 504 kg saft, konsentreres i et femtrinns fordampningssystem (som tilsvarer systemet i-fig. 1 og fig. 2, men med motstrøms strømning av saftkonsentrat og opp-varmningsdamper) tilappelsinsaftkonsentrat med 58 % tørrstoff,

er utvinningen av sitruslimonen som følger:

I første' trinn tilsettes appelsinsaft med et tørrstoff-innhold på 12 % til rørene, og kokerdamp ved 101°C og 1,06 kg/cm<2 >befinner seg i skallet. Trykket i rørene og damphetten i første trinn er 0,65 kg/cm2 som tilsvarer en saftkoketemperatur på 88°C. Dampene som dannes ved kokning av saften i første trinn tilføres

som varmemedium til skallet i annet trinn, mens den delvis kon-sentrerte fruktsaft fra rørene i første trinn tilføres til rørene i annet trinn for ytterligere konsentrering. Damper og væsker strømmer gjennom tredje, fjerde og femte trinn på denne måte. I hvert trinn velges trykkene slik at temperaturen for dampkonden-sasjon i skallet er ca. -6,7°C til -3,9°C over kokepunktet for saften i rørene. Ikke-kondensert damp fra skallet i trinn 2 til 4 kaskaderes til skallet i femte trinn og tas ut derfra, komprimeres, kondenseres og dekanteres til en sitruslimonen-overløpsfase og en vandig avløpsfase ved hjelp av metoden som er beskrevet i eksempel 1. Kondensatet kaskaderes gjennom skallene i trinn 2 til trinn 5.

I femte trinn er temperaturen i damphetten ca. 52°C ved 0,14 kg/cm<2> og temperaturen i skallet ca. 60°C ved 0,21 kg/cm<2>. Flytende appelsinsaftkonsentrat som kommer-ut fra femte trinn inneholder ca. 58 % oppløste faste stoffer.

Når man går frem som beskrevet ovenfor utvinner man ca. 0,14 kg av tilgjengelig 0,18 kg (75 % gjenvinning) for hver 504

kg appelsinsaft som tilsettes fordamperen for konsentrering. Ved vanlig kommersiell drift hvor det behandles 5440 tonn pr. dag utvinnes ca. 816 kg limonen pr. dag. Dette er ca. 75 % av tilgjenge-

lig limonen cg representerer en forbedring i utbytte på ca. 408

kg pr. dag over de eksisterende gjenvinningsmetoder.

Eksempel 3

På lignende måte kan oppfinnelsen anvendes for drift av flertrinns fordampningssystemer for konsentrering av skallpressvæsker og/eller skallolje/vann-emulsjon for oppnåelse av sitrusmelasse.

Det vil forstås at skallolje/vannemulsjon omfatter vandig avløpsfase fra sentrifugalseparator hvorfra kald pressolje fjernes som overløpsfase. Ved normal drift inneholder vandig skallpressvæske (dvs. væske presset fra oppmalt skall) ca. 1,09

kg sitruslimonen pr. 277 kg vandig væske, og skallolje/vannemul-sjon inneholder 2,54 kg sitruslimonen pr. 210 kg vann. Ved sentri-fugering av denne skallolje/vannemulsjon kan det fjernes ca. 2,0

kg sitruslimonen som kald pressolje, og det blir igjen ca. 0,54

kg sitruslimonen i de 210 kg vann som føres bort som vandig avløp fra sentrifugen. Disse skallpressvæsker og skallolje/vannemulsjo-ner (med eller uten sentrifugering•for å fjerne kald pressolje)

kan kombineres for fordampning til sitrusmelasse. Ved foreliggende eksempel inneholder kombinasjonen 487 kg vandig fase (dvs. 210 kg skallolje/vannemulsjon + 277 kg skallpressvæske) som inneholder 6 vekt% oppløst sukker, pektin og andre faste stoffer sammen med ca. 3 , 6 kg sitruslimonen.

Ved konsentrering av den ovenfor nevnte kombinasjon til sitrusmelasse med 72 vekt% løselige faste stoffer i en femtrinns fordampningsprosess hvor ikke-kondenserte damper fra kondensdamp-sonene i trinnene 2 til 5 tas ut, komprimeres, kondenseres og dekanteres som i eksempel 2, utvinner man ca. 2,7 kg sitruslimonen for hver 487 kg som tilsettes fordamperne. Dette er en gjenvinning på 75 % av tilgjengelig limonen, og ved drift i et anlegg av kommersiell størrelse er sitruslimonen-gjenvinningen ca. 16300 kg pr. dag. Dette er en forbedring i gjenvinning på ca. 8170 kg pr. dag i sammenligning med eksisterende gjenvinningsteknikker for sitruslimonen.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for utvinning av terpener i et flertrinns fordampningssystem, hvor vandige væsker som inneholder terpener,. konsentreres ved fordampning i en serie av fordampningstrinn med oppvarmet overflate, idet trinnene har en dampkondenseringssone og en kokende væskesone, og hvor terpener og vann som fordampes i den kokende væskesone i ett trinn, ledes til dampkondenseringssonen i påfølgende trinn,og ikke-kondensert damp fra dampkondenseringssonen tas ut til en kondensasjonssone for kondensasjon og utvinning av terpener, karakterisert ved at man øker trykket av nevnte damp for å heve terpenkomponentens duggpunkt og at man senker dampens temperatur til under terpenkomponentens duggpunkt ved indirekte varmeveksling i sistnevnte kondensasjonssone slik at man får et kondensat som inneholder ikke-blandbare terpen- og vannfaser, samler opp kondensatet og separerer ikke-blandbare konden-satf aser i en terpenfase og en vandig fase.