制浆造纸工程原理课程蒸煮液的制备.ppt

第七章蒸煮液的制备及蒸煮废液的回收利用,第一节蒸煮液的制备,一、碱法蒸煮液的制备烧碱法：硫酸盐法：,二、亚流酸盐蒸煮液的制备,1、药液组成及表示方法（1）化合酸CombinedAcid-CA凡是与盐基组成正盐CaSO3、MgSO3、Na2SO3、(NH4)2SO3即以亚硫酸盐形式存在的一部分SO2，称为化合SO2或化合酸（2）游离酸FreeAcid-FA使正盐进一步变成酸式盐Ca(HSO3)2、Mg(HSO3)2、NaHSO3、NH4HSO3的SO2以及按物理作用方式溶于药液中的SO2（3）总酸TotalAcid-TA化合酸与游离酸之和,酸性亚硫酸盐药液,Ca(HSO3)2,pH4.5的亚硫酸氢盐药液,（4）酸比化合酸与游离酸之比,2、亚硫酸盐药液的制备,硫黄,2、亚硫酸盐药液的制备,（1）硫铁矿的焙烧（2）SO2的吸收,三、亚硫酸盐药液的性质,1、H2SO3的离解常数,当,当,当,当,当,当,2、亚硫酸盐药液的离子浓度与pH值（1）亚硫酸盐溶液的离子浓度与pH值的关系,HSO3-,（2）亚硫酸盐溶液的PH值随温度的上升而提高,3、亚硫酸盐溶液的稳定性,（1）受热分解（2）氧化还原（3）自氧化还原,第二节黑液回收,一、概述黑液回收包括碱、石灰和热能的回收。黑液提取黑液蒸发黑液燃烧绿液苛化石灰回收每吨化学浆排出黑液中有固形物13001400kg70%为有机物：木素、半纤维素和纤维素降解产物30%为无机物：NaOH、Na2S、Na2CO3、Na2SO4及有机结合的钠，草浆黑液还有硅酸钠1、碱回收意义（1）减少污染、保护环境（2）回收化学药品，降低生产成本（3）回收热能，节省资源,2、有关术语（1）绿液：黑液燃烧后流出的熔解物用稀白液或水溶解后的液体绿泥：绿液澄清后沉淀的渣子（2）白液：绿液加石灰苛化后得到的澄清液白泥：白液澄清后沉淀的渣子（3）芒硝还原率：溶融物中（均以NaOH或Na2O计）,（4）苛化率：（均以Na2O或NaOH计）（5）碱回收率：经碱回收后得到的碱量（不包括补充芒硝）占蒸煮用碱量的百分数（6）碱自给率：经碱回收后得到的碱量（包括补充芒硝）占蒸煮用碱量的百分数,3、计算示例,已知白液中活性碱的浓度为100g/L（Na2O计），硫化度为25%，苛化率80%，还原率90%，求白液中Na2S、NaOH、Na2CO3、Na2SO4各为多少g/L（分别以Na2S、NaOH、Na2CO3、Na2SO4计）解：设,设,作业：某厂用25m3蒸球蒸煮木片，装锅量为170kg/m3，蒸煮用碱量为16%（Na2O计），硫化度25%，从碱回收送来的白液活性碱浓度为100g/L（NaOH计），硫化度15%，苛化率90%，还原率92%，试求：白液中Na2S、NaOH、Na2CO3和Na2SO4各为多少g/L？每球应加入白液多少m3?每球应补充纯度为93%的多少kg？,4、黑液的性质（1）黑液的浓度可用波美度（BaumB）表示B（15）=B（t）+0.052(t-15)相对密度d与B关系固形物含量（Y，%）与波美度（X）关系与浆种有关对14种木、竹、棉秆、草浆混合黑液,（2）黑液的粘度浓度，粘度；温度，粘度；有效碱含量，粘度草浆黑液粘度木浆黑液在相同浓度、温度下，黑液粘度大小顺序：龙须草浆稻草浆麦草、蔗渣浆荻苇浆竹浆木浆（3）沸点升高黑液浓度高，黑液中无机物含量高，沸点升高就大（4）起泡性碱木素、树脂等是表面活性剂，使表面张力，起泡性起泡性：木浆黑液草浆黑液硬浆黑液软浆黑液,（5）燃烧值木素发热值6000Kcalkg碳水化合物发热值3000Kcalkg黑液中有机物与无机物之比越高，燃烧值越大硬浆黑液软浆黑液木浆黑液草浆黑液（6）比热随浓度增加而降低，温度升高而升高（7）腐蚀性碱性腐蚀很小，酸性腐蚀（二次蒸汽及冷凝水中酸性物质引起的腐蚀）较大（8）胶体性黑液中有效碱含量过低时，碱木素胶体不稳定，易沉淀草浆黑液含有水玻璃胶体，含量过高时，碱木素完全溶于黑液中呈亲水胶体（Na2OnSiO2)，易导致蒸发管结垢,二、黑液的蒸发木浆6065%，1、蒸发工艺流程固形物浓度要达到：草浆5055%,（1）黑液流程顺流：黑液（泵）预热器浓（或半浓）黑液槽设备少，动力消耗小温差小，传热效率低逆流：黑液（泵）预热器（泵）（泵）（泵）（泵）（泵）浓黑液槽温度差较大，传热效率高设备多，动力消耗大,混流：兼有顺流和逆流的优点木浆：黑液预热器预热器浓黑液槽草浆：黑液预热器预热器浓黑液槽,泵,泵,泵,泵,泵,泵,（2）蒸汽流程无论采用何种黑液流程，蒸汽流程均与效序相同高位冷凝器新鲜蒸汽预热器,二次蒸汽,二次蒸汽,二次蒸汽,二次蒸汽,二次蒸汽,（3）冷凝水流程清洁冷凝水：预热器冷凝水槽锅炉或洗浆工效污冷凝水：效效效效真空收集槽地沟,泵,泵,(4)不凝缩气体包括空气、二次蒸汽中的有机蒸汽（如甲硫醇、甲硫醚等）,高位冷凝器,真空泵,大气,2、蒸发设备（1）主体设备蒸发器（加热室、分离器组成）短管蒸发器长管升膜式蒸发器板式降膜自由流蒸发器（2）辅助设备预热器列管式预热器、螺旋热交换器冷凝器表面式冷凝器（列管式）混合式冷凝器（高位冷凝器）,3、黑液的直接蒸发（烟气净化与黑液增浓）从碱回收炉出来的烟气一般为250-3000C，还带出40-50Kg/t浆的Na2CO3、Na2SO4及约20Kg/t浆的恶臭的硫化物气体。黑液直接接触烟气蒸发把降温、除尘与黑液增浓结合起来，还可吸收烟气中的SO2、SO3等。（1）文丘里旋风分离器系统效果：黑液浓度从42-45%62-65%除尘效率85-90%烟气温度可降至85-1200C优点：结构简单、操作简便、投资少、占地少缺点：动力消耗大，除尘效率较低，烟气含水份较高（2）园盘蒸发器静电除尘器系统园盘蒸发器旋转时、黑液粘附在管子上，转出液面时与高温烟气接触蒸发，达到增浓，除尘之目的。优点：除尘效率高（9699%），动力消耗小缺点：投资大，占地面积大,1.生产流程,三、黑液的燃烧,2.碱回收炉,碱炉黑液干燥、燃烧放热,锅炉吸热产生蒸汽,辅助系统：供排风系统燃油系统芒硝系统熔融物溶解系统锅炉水处理系统,3、黑液燃烧原理可分为相互交错、不能截然分开的三个阶段（1）黑液的蒸发干燥阶段使黑液水份降到10-15%黑液中残碱和有机酸钠盐与烟气中CO2、SO2和SO3,（2）黑液的热裂解及燃烧阶段有机物受热裂解，挥发性热分解产物（甲醇、丙酮、酚等）燃烧且发出大量热量部分有机物炭化变成碳与有机结合的钠热分解生成Na2CO3(3)无机物的熔融和芒硝的还原阶段温度95010500C,也会发生分解的副反应,4、影响黑液燃烧的因素碱回收炉运行效率取决于：合理的炉子结构正确的工艺控制（1）黑液性质有机物与无机物比例燃烧值：木浆草浆硬浆软浆（2）黑液浓度浓度低，水量多，耗热多，产碱量低，产汽量小，过低无法燃烧；浓度太大，粘度高，难输送，雾化不好，易结垢；草浆黑液入炉浓度比木浆低，温度却高些。（3）喷液要求粒度合适，流量稳定，喷液均匀（4）供风不足则产生CO，热量损失，污染空气大多则降低炉温，降低芒硝还原率一次风：距炉底0.71.0m风压80100mmH2O风量占总风量50%使垫层燃烧供给融熔还原需热二三次风：共占50%（20：30）风压150250mmH2O使挥发性可燃气体均匀而完全燃烧,（5）炉温9501050过高碱的飞失大过低产生更多的含硫还原性气体无机物有凝固危险或流动困难芒硝还原率低（6）垫层垫层是由干燥后高温的多孔性黑灰组成，高1.01.5m作用：无机物不断融熔，芒硝还原成硫化钠有机物的热裂解气化，部分有机物炭化成元素碳积蓄大量的热，稳定炉温（7）芒硝加入量芒硝加入是为弥补碱的损失，但对燃烧不利，可燃物比例下降。草浆碱回收大多不加芒硝。,四苛化与石灰回收,1.苛化反应将石灰加入绿液中使NaCO3转化为NaOH的过程称为苛化反应过程中，OH-浓度增加。由于共离子作用，Ca(OH)2溶解度下降，Na2CO3浓度下降，由于CO32-共离子作用，CaCO3溶解度上升达到平衡时两者之间Ca2+浓度相等Ca(OH)2溶度积L1=CaCO3溶度积L2=平衡常数,2.影响苛化和白液澄清因素,（1）绿液浓度绿液浓度提高，NaCO3电离度减小，苛化率下降，绿液浓度过低，虽有利于苛化率提高，但白液浓度过低。一般绿液浓度100-120g/L(NaOH计)。苛化率8590%（2）绿液成分绿液中NaOH、Na2S、Na2SiO3、Na2SO3等对苛化有阻滞作用，要求绿液和稀白液中上述化合物的含量越低越好.（3）苛化温度提高温度.加快苛化反应但温度上升，CaCO3溶解度上升，Ca(OH)2溶解度下降，苛化率降低一般苛化温度为90105,（4）石灰用量与质量一般过量5-10%，过多不仅浪费，且白液澄清过滤困难以Ca(OH)2存在的泥渣比以CaCO3形式存在的泥渣较难沉淀和过滤石灰的CaO含量应70%，MgO、Al2O3越少越好，因为易形成胶体悬浮物（5）搅拌速度与时间适当搅拌，使反应均匀但搅拌太快或时间过长，形成的CaCO3沉淀过细，沉降速度下降（6）白液澄清沉淀颗粒越大，重度越大，越有利澄清碱浓增大，粘度增大，沉降速度下降草浆黑液硅含量高，由于Na2SiO3胶体的影响，白泥较难沉降,3.苛化工艺流程（1）间歇苛化(已少用)（2）连续苛化,4石灰回收回转炉炉长30-75m白泥含碱量0.51.0%直径1.8-2.7m煅烧温度10901250长径比30-40:1停留时间1.54h生产能力22-110t/d,第三节蒸煮废液的综合利用,一、红液的综合利用在酸性亚硫酸盐针叶木浆废液的总固形物中木素6063%糖类2225%其中已糖6065%戊糖3540%有机酸23%灰份10%,1.制洒精已糖（葡萄糖。甘露糖，果糖，半乳糖）可发酵生产洒精2.制酵母废液中的可发酵糖和不可发酵糖均可制酵母3.制香兰素（香草素，香草醛）3甲氧基4羟基苯甲醛木素磺酸盐在碱性介质中经水解，氧化，萃取，精制而制得木素磺酸盐,4.木素磺酸盐（或浓缩废液）的直接利用或改性利用水泥减水剂石油钻井添加剂治金、陶瓷等工业用粘合剂工业洗涤剂（如锅炉清洗剂）橡胶补强剂染料分散剂水处理剂（絮凝剂、吸附剂、缓蚀阻垢剂）,5、制木素磺酸钠,木素磺酸钠既可作粘合剂，又可作分散剂,6、制铁铬木素磺酸盐（FeCyLS）,将红液或已发酵酒精的醪液浓缩、加热至6080加入FeSO4（绿矾）和NaCr2O7（红矾钠）溶液，搅拌反应喷雾干燥铁铬木素磺酸盐干粉（1）在酸性条件下，Fe2+Fe3+6FeSO4+Na2Cr2O7+7H2SO43Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+Na2SO4+7H2O（2）Fe3+、Cr3+、Na+等取代木素磺酸钙中的Ca2+13(L-SO3)2Ca+3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+Na2SO46(L-SO3)3Fe+2(L-SO3)3Cr+2(L-SO3)Na+13CaSO4主要用途：钻井泥浆处理剂冷却、润滑钻头、运载岩屑,7、制木质素类絮凝剂8、制木质素类絮吸附剂,二、黑液的综合利用,1.松节油的回收硫酸盐木浆蒸煮放气时逸出的易挥发的有机物，主要为蒎烯。萜烯类物质。粗松节油经精馏和漂粉处理，得到精制松节油。对松木712Kg松节油/t浆2.塔罗油（TallOil）回收粗硫酸盐皂：是木材中树脂酸和脂肪酸的皂化产物粗塔罗油：粗硫酸盐皂加酸酸化而得粗塔罗油分馏精制可得松香，脂肪酸，塔罗油沥青等,3.制二甲基亚砜,4.黑液中木素代替部分苯酚制酚醛树脂,5.废液制水泥减水剂,草浆黑液蒸发磺化喷雾干