五、碱回收

知识类型: 析出资源
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内容出处: 《奇妙的造纸术》 图书
唯一号: 110120020230001374
颗粒名称: 五、碱回收
分类号: TS733+.9
页数: 10
页码: 35-44
摘要: 本文记述了碱回收在制浆造纸工业中的目的和意义,介绍了碱回收的工艺流程和常用术语,以及黑液蒸发的目的和过程,包括蒸发的基本原理和过程。
关键词: 造纸 碱回收

内容

碱回收的目的和意义
  随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,保护环境,创造良好的生存环境,越来越重要。资源是不可再生的,特别是矿物资源的节约,已成为国内外的一个重要议题。造纸工业是资源消耗的重点行业,造纸过程若不进行环境污染治理,是不可想象的人类灾难。
  在硫酸盐和烧碱法制浆过程中,大约有50%的纤维原料物质溶解于蒸煮液中,成为黑液。黑液中有30%~35%的无机物,主要成分是氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、硫酸钠与有机物结合生成的盐类;有65%~70%的有机物质,主要成分是木素盐类、树脂、淀粉和低分子化合物等。碱回收的目的就是将这些盐类转化成氢氧化钠和硫化钠,再回到生产中使用。同时,回收有机物燃烧时放出的热量,产生蒸汽供本系统使用。
  一般说来,生产一吨浆料就可产生一吨有机物以及400多千克碱类、硫化物溶解于黑液中。对这些碱性强、泡沫多、消耗水中的溶解氧严重的黑液,如不回收处理,任其排入江、河、湖、海,不仅造成资源的极大浪费,而且严重污染水源,给工农业生产、渔业生产和人民健康带来严重危害。近几年,我国非常重视环境保护工作,关停了大量不能治理环境污染的小型造纸业,造纸工业的环境污染状况得到了较大的改善。随着制浆方法和碱回收技术的发展,目前,我国现存制浆造纸企业绝大多数都建有碱回收系统,特别是烧碱法麦草浆的碱回收的研究和生产,已达到世界领先水平,有力地支持草类纤维原料制浆造纸的发展。到目前为止,碱回收所有设备我国都能自行设计和生产。
  碱回收的工艺流程
  目前,国内外碱法制浆厂的碱回收,都是采用传统的燃烧法,首先将蒸煮过程中产生的黑液提取,通过蒸发进行浓缩,然后再到碱回收燃烧炉中燃烧,生成碳酸钠(或硫化钠)无机盐,再制成水溶液,澄清加入石灰苛化,将碳酸钠转化成氢氧化钠,并将生成的碳酸钙白泥分离出去,得到由氢氧化钠(或硫化钠)的蒸煮药液,也就是常说的白液。分离出来的白泥,再进行煅烧,生成石灰,可在生产中循环使用。碱回收系统与蒸煮制浆系统是封闭循环的,生产过程中只需补充损失掉的碱即可。
  碱回收系统主要包括四个主要部分,即黑液提取、黑液蒸发、黑液燃烧、绿液苛化和澄清。有些工厂还有白泥煅烧和黑液综合利用部分。
  碱回收常用术语
  (1)黑液:指碱法制浆蒸煮后的浆料中分离出来的废液。
  (2)绿液:指黑液在碱回收炉内燃烧后流出的熔融物,溶于稀白液或水中得到的液体。
  (3)白液:指绿液加石灰苛化后得到的澄清液体。
  (4)稀白液:指用热水洗涤白泥所得到的浓度较稀的液体。
  (5)稀绿液:指用热水洗涤绿泥所得到的浓度较稀的液体。
  (6)白泥:指白液澄清沉淀后所得到的泥浆。
  (7)绿泥:指绿液澄清沉淀后所得到的泥浆。
  (8)苛化度:指溶液中碳酸钠转变为氢氧化钠的程度,国内常用的计算方法。
  (9)芒硝还原率:这是硫酸盐蒸煮黑液的常用术语,具体计算如下:
  (10)黑液提取率:指从蒸煮后的浆中提取的黑液量占浆中黑液总量的百分比。
  (11)碱回收率:指蒸煮用的碱经回收后(不包括硫酸盐法补加芒硝量)得到的碱量占蒸煮用碱量的百分比。
  (12)自给率:指经碱回收后所得到的碱量(包括补充芒硝在内)占蒸煮用碱量的百分比。
  黑液的组成与性质
  (1)黑液的组成:黑液是由水和固形物组成。固形物的成分十分复杂,有些成分至今尚不清楚。大体上固形物包括有机物和无机物两大部分。有机物占70%左右,主要是木素、半纤维素和纤维素的降解物和有机酸等。无机物占30%左右,主要是游离的氢氧化钠、硫化钠、碳酸钠、硫酸钠及有机化合物的钠盐、二氧化硅等。上述主要成分在黑液固形物中的含量分别为:木素盐含量20%~30%,有机酸6%~10%,总钠盐为20%~26%,总硫量为2%~3%(硫酸盐法)。
  (2)黑液的性质:
  ①黑液的浓度:黑液的浓度指黑液中固形物含量的多少,常用波美度或相对密度(比重)来表示。黑液固形物相同时,测得的波美度或相对密度与温度高低呈反比例关系。
  ②黑液黏度:流体流动时有产生本身内摩擦的特性,称为黏性。衡量流体黏性大小的物理量称为黏度。表示黑液黏性大小的物理量称黑液的黏度。黑液的黏度对黑液流送和蒸发效率等影响很大,在生产中必须很好地控制。影响黑液黏度的因素很多,在诸多因素中,黑液的浓度和温度对黑液黏度影响较大,当黑液浓度一定时,温度对黑液黏度有决定性的影响,因此,实践中为了更好地流送和蒸发,要尽量保持黑液的温度。
  ③黑液的比热容:黑液的比热容随浓度增加而减少,随温度的提高而增大。
  ④黑液的沸点升高:沸点升高指溶液沸点较溶剂沸点高出的温度。黑液沸点升高随黑液的浓度与液面压力增加而增加。
  ⑤黑液的表面张力:黑液的表面张力表示黑液与气体接触面单位长度上使表面收缩的力。黑液的表面张力越小,起泡性越大,黑液不仅具有表面张力小的性质,还含有一些能形成稳定泡沫的性质。黑液这一性质容易造成蒸发时的“跑黑水”现象,加热面污染,破坏蒸发器正常工作。
  ⑥黑液的腐蚀性:黑液对设备的碱性腐蚀很小,而酸性腐蚀很严重。酸性腐蚀的产生,主要在蒸发过程中,黑液的二次蒸汽及其冷凝水中含有挥发性的有机酸和各种酸性硫化物(硫酸盐法制浆)。
  除此之外,黑液还具有胶体性质和易被氧化性质等。
  黑液蒸发的目的和过程
  黑液蒸发的目的是除去稀黑液中的水分,以满足下一工序燃烧的需要。从提取工序来的黑液含水分大约80%左右。木浆黑液大约8波美度,草浆黑液大约6波美度,这样的黑液不能燃烧,必须蒸发浓缩。
  黑液蒸发的基本原理是:借加热作用把黑液中的水分汽化逸出,使黑液浓缩。完成这过程必须具备两个条件:其一,不断供给热量,使黑液能处于沸腾状态,进行水分的不断汽化。其二,水分汽化所产生的二次蒸汽必须不断地被排除,否则,蒸汽与溶液渐趋平衡,以致蒸发操作无法进行。
  蒸发方法有间接蒸发和直接蒸发两种。间接蒸发只能将黑液浓缩到含固形物50%,如果高于50%,蒸发条件恶化,蒸发困难,因此必须采用第二次直接蒸发,生产中用碱回收炉出来的热烟气来完成。
  黑液蒸发流程有:顺流、逆流和混流三种。
  常见的蒸发设备由蒸发器和辅助设备组成。蒸发器是蒸发系统的主体设备。一般由煮沸器和分离器组成。蒸发器的种类很多,按其结构不同可分为列管式和平板式蒸发器。按黑液在蒸发器内的流动方向不同可分为升膜、降膜和升降膜蒸发器。按黑液运行方式不同可分为自然循环和强制循环蒸发器。蒸发器的改进主要目的是为了提高蒸发器传热系数,使其更适应蒸发高浓度、高黏度和易结垢的黑液需要。辅助设备主要有预热器、冷凝器、真空泵、阻汽排水器、各种仪表、液槽等。实践中,稀黑液经过多效蒸发器蒸发后,浓度达到50%左右,再用圆盘
  蒸发器继续浓缩,达到燃烧所需要的浓度,送燃烧炉燃烧。
  黑液燃烧的基本原理及燃烧过程
  黑液燃烧是将经过蒸发浓缩的黑液固形物在碱回收炉中使之燃烧裂解以回收黑液中的碱和热能,燃烧过程将钠化合物转变成碳酸钠,同时,回收燃烧过程产生的热能,供生产中使用。
  黑液燃烧过程分为三个阶段:第一阶段,黑液蒸发阶段;第二阶段,黑液燃烧和热裂解阶段;第三阶段,无机物熔融和芒硝还原阶段(指硫酸盐法)。黑液燃烧过程中必须控制以下参数:黑液的组成和性质,黑液浓度喷液量和黑液粒度,空气的供给量,燃烧温度和炉床垫层。常用的碱回收炉有喷射炉和回转炉两种。目前,采用较多的是喷射炉,其优点是生产能力大,碱回收率高,便于自动控制等。
  黑液燃烧炉的辅助设备主要有高压黑液系统、静电除尘系统、圆盘蒸发器等。
  绿液的澄清苛化及白泥的回收
  (1)绿液苛化、澄清:黑液燃烧后从燃烧炉流出的熔融物,溶解于稀白液或水中,称为绿液。它的主要成分:硫酸盐法为碳酸钠和硫化钠;烧碱法为碳酸钠。将石灰加入绿液中,使碳酸钠转化为氢氧化钠的过程,称为苛化。
  苛化反应分为两步:第一步生石灰消化,即生石灰中的氧化钙加水转变成氢氧化钙,并放出热量;第二步,碳酸钠苛化转变为氢氧化钠,这个反应为可逆反应,反应的进程用苛化度来表示,苛化度反映了溶液中的碳酸钠转变成氢氧化钠的程度。
  影响苛化过程的主要因素有:石灰的加入量,为加速苛化,提高苛化度,石灰的加入量应控制在105%~110%,即稍过量加入,但不能过量太大,否则,造成石灰浪费,且白液不易澄清;绿液浓度,绿液总碱浓度一般控制在100~110克/升,稀白泥浓度应控制在20克/升以下;消化温度一般控制在92~95℃,苛化后期温度应控制在100℃以上。苛化时间为2小时左右。绿液苛化以后即为白液,初始白液和白泥为乳状,需继续澄清,才能使白液与白泥分离。得到的白液再次用于蒸煮工序。白泥可回收,生产生石灰循环使用。
  苛化工艺流程可分为连续苛化工艺流程和间歇苛化工艺流程。实际生产中,大型企业多采用连续苛化工艺流程,中小型企业多采用间歇苛化工艺流程。苛化设备主要有石灰消化器、连续苛化器、澄清器、洗涤器、真空过滤机、膜泵等。
  (2)白泥回收:苛化过程中生成的碳酸钙沉渣称为白泥。每吨浆大约产生500千克左右,经过洗涤,降低残碱,提高干度以后,再煅烧成石灰送回苛化工序再用。目前,回收方法有回转炉法、流化床沸腾炉法和闪急炉回收法。实际生产中采用回转炉的企业较多,另外两种方法为近年研究试验的新方法,应用白泥回收方法尚待成熟。
  回转炉法煅烧白泥分为干燥、预热和煅烧三个阶段。干燥阶段要求进入转炉白泥的水分一般控制在40%左右,白泥在煅烧炉中形成颗粒状。干燥后的白泥颗粒受到高温烟气预热到分解的温度,当温度到600℃时,CaCO3开始分解生成CaO+CO2。
  苛化生产排出的白泥是回转炉的主要原料。白泥的质量对白泥回收生产过程有重要影响。白泥含碱要求在0.5%~1.0%,如含碱量多,在高温情况下,对炉子耐火材料有腐蚀作用,严重时会使炉衬发生剥落现象,而且出料端易产生结圈和炉瘤,造成操作困难,烧出的石灰含钠盐高,妨碍消化过程。白泥含碱量少,小于0.5%时,炉内粉尘多,飞失大。一般白泥要求杂质不应超过10%~12%。杂质太多,炉内易产生硬块结圈。为了补充石灰损失,生产中可加入一部分石灰石。煅烧白泥最好以重油或天然气作为燃料。
  炉中的温度控制应注意:在长炉中一般控制在1090℃,在短炉中一般应控制在1250℃炉尾温度一般控制在150~205℃,最高不超过260℃,防止链条烧坏。供风控,制在一次风20%~40%,二次风70%左右。为保证燃烧完全,过剩空气量应在5%~10%,烟气中一氧化碳含量不超过1%~1.5%。炉尾出口处烟气一般为负压,抽力太小影响烟气排出,对燃烧不利;抽力太大会增加热量和石灰的损失。沉降室抽力一般控制在100~150帕。
  对于烧碱法麦草浆碱回收过程中产生的白泥回收,目前正在研究试验阶段,国内某大学和某厂合作,已取得了基本成功,主要生产沉淀碳酸钙,经煅烧生产生石灰还有一定难度,有待继续研究。

知识出处

奇妙的造纸术

《奇妙的造纸术》

出版者:山东科学技术出版社

本书讲述了造纸工业快速、健康和可持续发展,带动了相关产业的发展。我国的现代造纸工业在国民经济建设中占有重要地位。以便人们特别是广大青少年更好地了解造纸工业,普及造纸技术基础知识。

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