制浆造纸工程原理课程第七章蒸煮液的制备

制浆造纸原理与工程第七章蒸煮液的制备及蒸煮废液的回收利用制浆造纸原理与工程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：制浆造纸原理与工程二、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制浆造纸原理与工程酸性亚硫酸盐药液23)(HSOCaOHSO2232SOH323SOHCaSO22SOOHOHSO222SOCaO22SOOH真游离SO2化合SO2游离SO2总SO2Ca(HSO3)2制浆造纸原理与工程pH4.5的亚硫酸氢盐药液制浆造纸原理与工程（4）酸比化合酸与游离酸之比FACA/1FACA233)(,HSOMgMgSO1FACA23)(HSOMg1FACA3223,)(SOHHSOMg制浆造纸原理与工程2、亚硫酸盐药液的制备硫黄硫铁矿粉碎焙烧蒸煮酸调制酸液贮存炉气吸收炉气冷却除尘蒸煮及热回收2SO制浆造纸原理与工程2、亚硫酸盐药液的制备（1）硫铁矿的焙烧（2）SO2的吸收KJSOOFeOFeS340882114232223222SOHOHSOOHCOHSOCaSOHCaCO2223323)(2OHHSOMgSOHMgO22332)(2制浆造纸原理与工程三、亚硫酸盐药液的性质1、H2SO3的离解常数32SOH3HSOH21107.1K（25℃）3HSO23SOH821024.6K（25℃）2231107.1][]][[SOHSOHKPHHSOHSO10107.1][107.1][][2223制浆造纸原理与工程1pH123107.1][][SOHSO或4.856.142pH7.1][][23SOHSO3763或4pH170][][23SOHSO或58.042.99PHHSOHSO10107.1][107.1][][2223当当当制浆造纸原理与工程832321024.6][]][[HSOSOHKPHHHSOSO101024.6][1024.6][][883236pH23231024.6][][HSOSO1.949.5或8pH24.6][][323HSOSO或8.132.8610pH624][][323HSOSO或16.084.99当当当制浆造纸原理与工程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-制浆造纸原理与工程（2）亚硫酸盐溶液的PH值随温度的上升而提高33423233)()(NaHSOHSONHHSOCaHSOMgHSOHCpHCpHCpHCpHCpH/016.0/012.0/011.0/009.0/006.0制浆造纸原理与工程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OHSOSOH223232323)(SOHCaSOHSOCaOHSO224223222SOHOSOHOHSOCaSOOHSOCa224223222)(2SSOHOHSO4222223OHSSONaNaHSONaHSO242433制浆造纸原理与工程第二节黑液回收一、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1300~1400kg70%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，节省资源制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程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）%1004222SONaSNaSNa制浆造纸原理与工程（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%10032CONaNaOHNaOH制浆造纸原理与工程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)(/5.31627825)(/25%25100222计计SNaLgONaLgSNa)(/8.96628075)(/75251002计计NaOHLgONaLgNaOHxCONa32%807575x)(/1.326210675.18)(/75.18322计计CONaLgONaLgxySONa42设%902525y)(/37.66214278.2)(/78.2422计计SONaLgONaLgy制浆造纸原理与工程作业：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？制浆造纸原理与工程4、黑液的性质（1）黑液的浓度可用波美度（Baumé—°Bé）表示°Bé（15℃）=°Bé（t℃）+0.052(t-15)相对密度d与°Bé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9.051.1XY制浆造纸原理与工程（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＞软浆黑液制浆造纸原理与工程（5）燃烧值木素发热值6000Kcal／kg碳水化合物发热值3000Kcal／kg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（Na2O•nSiO2)，易导致蒸发管结垢制浆造纸原理与工程二、黑液的蒸发木浆60～65%，1、蒸发工艺流程固形物浓度要达到：草浆50～55%制浆造纸原理与工程（1）黑液流程顺流：黑液→（泵）预热器→Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→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→Ⅴ→（泵）Ⅳ→（泵）Ⅲ→（泵）Ⅱ→（泵）Ⅰ→（泵）浓黑液槽温度差较大，传热效率高设备多，动力消耗大制浆造纸原理与工程混流：兼有顺流和逆流的优点木浆：黑液→预热器→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→预热器→Ⅰ→Ⅱ→浓黑液槽草浆：黑液→预热器→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→预热器→Ⅱ→Ⅰ→浓黑液槽泵泵泵泵泵泵制浆造纸原理与工程（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Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→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制浆造纸原理与工程（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：Ⅱ效Ⅲ效Ⅳ效Ⅴ效→真空收集槽→地沟泵泵制浆造纸原理与工程(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）ⅠⅡⅢⅣⅤ高位冷凝器真空泵大气制浆造纸原理与工程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）制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程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（96～99%），动力消耗小缺点：投资大，占地面积大制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程1.生产流程三、黑液的燃烧太空烟气除尘与黑液增浓系统锅炉绿液槽溶解槽芒硝黑液混合器浓黑液槽烟气蒸气芒硝热风苛化工段来稀白液绿液送苛化工段蒸发工段来黑液碱炉制浆造纸原理与工程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制浆造纸原理与工程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SO3OHCONaCONaOH23222SHCONaOHCOSNa232222RCOOHSONaOHSORCOONa223222制浆造纸原理与工程（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950～10500CKJCOSNaCSONa02.58944242KJCOSNaCOSONa3.12044224232CONa也会发生分解的副反应2232COONaCONaCONaCCONa32232制浆造纸原理与工程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0.7～1.0m风压80～100mmH2O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150～250mmH2O使挥发性可燃气体均匀而完全燃烧制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程（5）炉温950～1050℃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1.0～1.5m作用：无机