绿液苛化度石灰用量与白液浓度设计计算书

绿液苛化度、石灰用量与白液浓度设计计算书——碱回收车间苛化工序工艺计算文件编号JS-HG-2026-017设计阶段施工图设计文件类型专业计算书（碱回收·苛化工序）编制人________________审核人________________批准人________________二〇二六年十月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1设计依据与基础数据 设计依据与基础数据1.1设计依据本计算书依据现行制浆造纸碱回收专业设计规范与环境工程技术文件编制，主要包括：《制浆造纸厂设计规范》（GB51092—2015）、《纤维素纤维用浆粕工厂设计规范》（GB51139—2015）、《污染源源强核算技术指南制浆造纸》（HJ887—2018）、《制浆造纸工业污染防治可行技术指南》（HJ2302—2018）及《制浆造纸废水治理工程技术规范》（HJ2011—2012）。苛化度、硫化度等术语定义均按HJ887—2018的规定取值，即苛化度系苛化后碱液中氢氧化钠占氢氧化钠与碳酸钠总量的比例，硫化钠与碳酸钠均以Na₂O计。1.2设计基础条件本计算以某硫酸盐木浆工程碱回收车间连续苛化工段为对象，绿液来自碱回收炉熔融物溶解槽，经澄清后送苛化器与石灰乳反应。主要设计输入参数见表1-1。表1-1苛化工序设计基础条件表序号参数名称符号单位设计取值1绿液设计流量V_gm³/h1802绿液总碱（以Na₂O计）TTAg/L1153绿液硫化度S%284设计苛化度η%855石灰有效CaO含量w_CaO%886石灰投加过量系数f—1.087苛化反应温度t℃90~958年操作时间τh/a80001.3主要符号说明表1-2主要符号与计量单位表符号含义单位TTA总滴定碱（NaOH+Na₂CO₃+Na₂S，以Na₂O计）g/LS硫化度，Na₂S占总碱比例%η苛化度，NaOH占(NaOH+Na₂CO₃)比例%C₀绿液中Na₂CO₃初始量（以Na₂O计）g/Lx苛化反应转化的Na₂CO₃量（以Na₂O计）g/Ln反应的碳酸钠物质的量浓度mol/Lm_CaO反应所需纯氧化钙量g/Lm_lime商品石灰（88%CaO）用量g/LQ_lime小时石灰用量kg/hM物质的摩尔质量g/mol1.4计算边界与基本假定（1）绿液经澄清后仅考虑Na₂CO₃、Na₂S两种主要钠盐，硅酸钠、硫酸钠等惰性组分不参与苛化反应，按惰性物处理；（2）苛化反应按可逆平衡反应处理，实际达到的苛化度由反应温度、石灰活性与停留时间共同决定，本设计取η=85%，处于连续苛化器经济运行区间；（3）石灰以有效CaO计，投入后即与水反应生成Ca(OH)₂，再与Na₂CO₃反应；石灰过量系数f=1.08用于补偿石灰活性波动与混合不均匀；（4）所有钠盐浓度统一折合成Na₂O计，最终产品白液的NaOH浓度再按摩尔质量换算回实际质量浓度。2工艺原理与化学反应2.1苛化主反应碱回收炉熔融物以Na₂CO₃和Na₂S为主，溶解成绿液后，其中的Na₂CO₃与石灰乳中的Ca(OH)₂发生复分解反应，转化为可用于蒸煮的NaOH，同时生成难溶的CaCO₃沉淀（白泥）。主反应方程式为：Na₂CO₃+Ca(OH)₂→2NaOH+CaCO₃↓该反应为微放热可逆反应，在90~95℃、充分搅拌条件下进行；由于CaCO₃溶度积极小（K_sp≈4.8×10⁻⁹），反应可进行得较为完全，但受平衡限制，工业苛化度通常稳定在82%~88%之间，本设计取85%。2.2苛化度定义按HJ887—2018的定义，苛化度η为苛化后白液中NaOH占NaOH与Na₂CO₃总量的比例（均以Na₂O计），表达式为：η=苛化度是衡量苛化工段效率的核心指标：η过低说明碳酸钠转化不完全，有效碱不足；η过高（接近理论极限90%~92%）则需投加过量石灰，导致白泥量增大、白液悬浮杂质增多，并不经济。3绿液组成计算3.1硫化度分配绿液总碱TTA由Na₂CO₃与Na₂S两部分组成（均以Na₂O计）。硫化度S为Na₂S占总碱的份额：S=代入TTA=115g/L、S=28%，得绿液中硫化钠折合Na₂O量为m(Na₂S)=115×0.28=32.2g/L；其中硫化钠不参与苛化反应，苛化前后保持不变。3.2碳酸钠初始量绿液中参与苛化的碳酸钠初始量（以Na₂O计）为：C绿液各组分折算结果见表3-1。表3-1绿液组成折算表（V_g=180m³/h）组分折算基准浓度/(g·L⁻¹)每小时质量/(kg·h⁻¹)备注Na₂S以Na₂O计32.25796不参与苛化Na₂CO₃以Na₂O计82.814904参与苛化合计TTA以Na₂O计115.020700—4苛化度与转化率计算设苛化反应转化的碳酸钠量为x（以Na₂O计），则反应后白液中NaOH折合Na₂O为x，剩余Na₂CO₃折合Na₂O为C₀−x。由苛化度定义：η=代入η=0.85、C₀=82.8g/L：x=0.85×82.8=70.38g/L苛化后剩余碳酸钠量为：C即每升绿液中有70.38g（以Na₂O计）的碳酸钠转化为氢氧化钠，剩余12.42g未转化，转化比例恰为设计苛化度85%。5石灰用量计算由反应计量关系，1molNa₂CO₃需消耗1molCaO（折Ca(OH)₂）。将转化量x由以Na₂O计换算为物质的量浓度：n=反应所需纯氧化钙量为：m考虑石灰中有效CaO含量w_CaO=88%及过量系数f=1.08，商品石灰（以绿液体积计）用量为：m对应小时石灰用量为：Q表5-1石灰用量计算汇总表计算项目符号单位计算式结果转化碳酸钠量(Na₂O)xg/L0.85×82.870.38碳酸钠物质的量浓度nmol/L70.38/61.981.1355所需纯CaOm_CaOg/L1.1355×56.0863.68商品石灰用量m_limeg/L63.68×1.08/0.8878.15小时石灰用量Q_limekg/h78.15×18014067日石灰用量(24h)—t/d14.07×24337.6年石灰用量(8000h)—t/a14.07×8112.6万6白液浓度与组成计算苛化澄清后所得白液中，NaOH与未反应Na₂CO₃、Na₂S共存。白液总碱（活性碱，以Na₂O计）为NaOH与Na₂S之和：TTA白液硫化度为：S将NaOH折合Na₂O换算为实际NaOH质量浓度（2molNaOH对应1molNa₂O）：ρ表6-1苛化白液组成计算表（V_g=180m³/h）组分以Na₂O计/(g·L⁻¹)折算实际质量/(g·L⁻¹)每小时产量/(kg·h⁻¹)NaOH70.3890.8416351Na₂S32.20—5796Na₂CO₃(剩余)12.4221.243823活性碱合计TTA,w102.58—22147所得白液活性碱约102.6g/L（以Na₂O计），硫化度约31.4%，满足硫酸盐木浆蒸煮对白液活性碱与硫化度的一般要求（活性碱100~115g/L、硫化度25%~35%）。7白泥生成量与物料平衡由反应计量关系，每转化1molNa₂CO₃生成1molCaCO₃。反应生成白泥（以CaCO₃计）：m对应小时干白泥量为113.65×180/1000=20.46t/h。此外，石灰过量部分（1.08−1.00）未参与苛化，以Ca(OH)₂/CaCO₃形式混入白泥，折合约1.64t/h。故白泥总产出约22.1t/h，经白泥洗涤、石灰窑煅烧后再生为石灰循环使用。表7-1苛化工段钠—钙物料平衡表项目输入/(kg·h⁻¹)项目输出/(kg·h⁻¹)绿液中Na₂CO₃(Na₂O)14904白液中NaOH(Na₂O)12668绿液中Na₂S(Na₂O)5796白液中Na₂S(Na₂O)5796商品石灰(88%CaO)14067白液中剩余Na₂CO₃(Na₂O)2236干白泥CaCO₃(含过量)约221008安全核验与结果校核8.1钠平衡校核苛化过程钠元素仅在碳酸钠与氢氧化钠之间转移，Na₂S不参与反应，故以Na₂O计应满足：C输入碳酸钠折合Na₂O82.8g/L与输出NaOH+剩余碳酸钠82.8g/L完全闭合，计算误差为0，说明苛化转化量与剩余量自洽。8.2苛化平衡热力学校核常温下Na₂CO₃与Ca(OH)₂反应的平衡常数较大，但受OH⁻浓度升高的抑制，理论极限苛化度约为90%~92%。本设计取85%，距理论极限尚有约5~7个百分点裕量，在石灰活性正常、温度90~95℃、停留时间足够的条件下完全可达，不会因平衡限制而达不到设计值。8.3石灰过量系数与运行安全石灰过量系数取f=1.08，即过量8%。该取值既可补偿石灰有效CaO含量波动（88%±3%）、绿液流量与浓度波动及苛化器混合不均匀，又不致因过量过大而显著增加白泥负荷与白液悬浮杂质。当石灰活性降至85%时，按本计算的商品石灰投加量仍可保证有效CaO需求，安全裕度约3%~5%。8.4关键设备能力校核按小时石灰用量14.07t/h、白泥产出约22.1t/h选型，连续苛化器有效容积、石灰乳制备能力与白泥过滤机负荷均应不小于计算值的1.1~1.2倍。绿液流量180m³/h时，苛化器停留时间宜控制在30~45min，以保证85%苛化度的稳定实现。9结果分析与工程指导意义9.1计算结果汇总表9-1苛化设计计算结果汇总表序号结果项目单位数值1绿液碳酸钠初始量(Na₂O)g/L82.82设计苛化度%853转化氢氧化钠量(Na₂O)g/L70.384所需纯CaOg/L63.685商品石灰用量t/h14.076白液活性碱(Na₂O)g/L102.587白液NaOH实际浓度g/L90.848白液硫化度%31.49干白泥产出(含过量)t/h约22.19.2敏感性分析（1）苛化度η每提高1个百分点，转化量x约增加0.83g/L，对应石灰用量增加约1.0%，但剩余碳酸钠下降，白液活性碱相应提高；当η由85%提至90%时，受平衡限制需明显加大石灰过量，白泥量上升，经济性下降。（2）绿液总碱TTA每波动±5g/L，石灰用量近似线性波动约±4.3%，故石灰乳投加宜按绿液在线浓度进行比值调节。（3）石灰有效CaO由88%降至85%时，商品石灰用量需由78.15g/L提高至约80.9g/L（+3.5%），设计选型时应按石灰品位下限留裕量。9.3工程指导意义本计算确定了苛化工段的石灰投加量基准（14.07t/h）与白液目标指标（活性碱102.6g/L、硫化度31.4%），可直接用于连续苛化器、石灰乳制备系统、白泥过滤机与石灰窑的规模选型。生产运行中应通过在线测定白液苛化度与有效碱，闭环调节石灰投加量，在保证蒸煮用碱质量的同时控制石灰消耗与白泥负荷；绿液浓度、石灰品位变化时应按