The effect of impurities on continuous separation of tall oil

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Author
Rintala, Patrick
Date
2020-08-18
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM3021
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
53+1
Series
Abstract
Tall oil consists of fatty acids, resin acids and neutral compounds. It has long been utilized as it is a valuable side stream in the pulping industry. Tall oil compounds are released and solubilized in the high temperature during the pulping of wood. They are separated as soap from concentrated alkaline black liquor by skimming. The soap can then be acidulated using sulfuric acid to crude tall oil. The acidulated mixture then contains the oil phase, water phase and solid impurities. The separation of these phases establishes the basis for this thesis. Most compounds present in tall oil are identified but their nature during separation process is still not thoroughly defined. According to current conception tall oil separation is hindered due to the presence of impurities. These impurities include lignin, precipitated salts and other organic material that are present in black liquor. During skimming of tall oil soap some black liquor is almost inevitably entrained and is thus transferred into the separator. The purpose of this thesis is to investigate the effect of impurities in the separation of tall oil. In the experimental part a separation model is created to predict the separation rate. Parameters used and optimized were: collision efficiency and initial droplet size. The model was compared to experimental datasets of softwood and mixed wood separations, to obtain the separation parameters. Results show that used separation model can be used to obtain experimental separation curves. The parameters obtained were mostly coherent, although some inconsistencies could be perceived between softwood separations and mixed wood separations. This is likely caused by the different impurity composition and concentrations that hinder the separation in softwood samples.

Mäntyöljy koostuu rasvahapoista, hartsihapoista ja neutraaleista yhdisteistä. Sitä on käytetty kauan, koska se on arvokas sivuvirta selluteollisuudessa. Mäntyöljy-yhdisteet vapautuvat ja liukenevat sellunkeiton aikana. Ne erotetaan suopana väkevöidystä mustalipeästä kuorimalla. Tämän jälkeen suopa voidaan palstoittaa raakamäntyöljyksi käyttämällä rikkihappoa. Palstoitettu seos sisältää tämän jälkeen öljyfaasin, vesifaasin ja kiinteitä epäpuhtauksia. Näiden faasien erottuminen luo pohjan tälle diplomityölle. Suurin osa mäntyöljyssä olevista yhdisteistä on tunnistettu, mutta niiden luonne erottumisen aikana ei ole perusteellisesti määritelty. Nykyisen käsityksen mukaan mäntyöljyn erottumista estää läsnä olevat epäpuhtaudet. Näihin epäpuhtauksiin lukeutuvat ligniini, saostuneet suolat ja muu orgaaninen aines, jota on mustalipeässä. Suovan kuorinnassa osa mustalipeästä kulkeutuu lähes väistämättä suovan mukana erottimeen. Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia epäpuhtauksien vaikutusta mäntyöljyn erottumiseen. Soveltavassa osuudessa luodaan malli ennustamaan erottumisnopeutta. Työn soveltavassa osuudessa mäntyöljyn erottumiselle luodaan malli, jolla voidaan ennustaa erottumista. Mallissa käytetyt parametrit, joita optimoitiin ovat pisaroiden yhdistymistehokkuus ja pisarakoko lähtötilanteessa. Mallia verrattiin erotuskokeiden datoihin erotusparametrien saamiseksi. Tulokset osoittavat, että käytettyä erotusmallia voidaan käyttää kokeellisten erotuskäyrien saamiseksi. Saadut parametrit olivat pääosin johdonmukaisia, vaikkakin havu- ja sekapuun erotusten välillä oli havaittavissa joitain epäjohdonmukaisuuksia. Tämä johtuu todennäköisesti erilaisista epäpuhtaus koostumuksista ja pitoisuuksista, jotka haittaavat havupuunäytteiden erottumista.
Description
Supervisor
Alopaeus, Ville
Thesis advisor
Jokinen, Noora
Kuusisto, Mikko
Keywords
tall oil, lignin, acidulation, separation, emulsion, HDS
Other note
Citation