黑液的碱回收
黑液的组成
在碱法蒸煮过程中，将近有一半植物纤维原料成分溶解于蒸煮药液内而成为黑液。每生产一吨纸浆可得黑液10～12米3，其中约有一吨有机物质和四百公斤碱类、硫化物等。
黑液的组成决定于蒸煮时所用的蒸煮液、采用的植物纤维原料的品种以及采取的蒸煮方法等。一般在黑液固形物中含有65～70%的有机物和30～35%的无机物，并且有机物与无机物含量的比值均在1.9～2.5之间。在有机物中主要是碱化木素、硫化木素（约占30～40%）、挥发性有机酸（约占10～17%）以及其他反应生成物等。无机物主要是与有机物化合的钠、游离的氢氧化钠、硫化钠、碳酸钠、硫酸钠和硫代硫酸钠等，其中全碱量约占85%以上。至于无机物中二氧化硅含量根据原料品种的不同，差别甚大，如木、竹、棉秆等纸浆的黑液含硅量较低，仅为0.7～2.0%，而草类纸浆的黑液含硅量较高，有达5～9%（蔗渣、苇荻浆），甚至15～24%（稻麦草浆）。
碱回收常用术语
黑液与黑灰：蒸煮后所得的褐黑液体称为黑液，将黑液蒸浓之后再进行煅烧所得黑粉状物称为黑灰。
绿液：用稀白液或水浸取黑灰或熔融物所得绿的液体称为绿液，其主要成分为碳酸钠和硫化钠等。
还原率：系指绿液中Na2S占Na2S+Na2SO4重量的百分比。
苛化率：系指绿液被苛化的程度。
碱回收的流程
如图4-30为常规木浆黑液碱回收流程，主要包括黑液的蒸发、燃烧、苛化以及石灰回收。 图4-30木浆黑液碱回收流程图
北京贵宾犬（1）黑液的蒸发
①黑液蒸发的目的
表膜
蒸发的目的在于除去黑液中多余的水分，以适应燃烧的需要。木浆稀黑液浓度一般为11～1
4°Bé（15℃），相当于含固形物14%～19%；草浆稀黑液浓度为5～8°Bé（15℃），约含固形物7%～10%。燃烧需要黑液的浓度达55%～65%固形物。要获得较高浓度的黑液，通常采用两段蒸发方法：第一段在多效蒸发器中进行，可将黑液浓缩至含50%～55%的固形物；第二段采用直接接触蒸发，在烟气与黑液直接接触蒸发器中进行，可浓缩到含固形物55%～65%的浓度。也可用增浓蒸发器获得含固形物65%左右的浓黑液。
碱回收的流程
（1）黑液的蒸发
②蒸发前的预处理
过滤：
将稀黑液中夹带的细小纤维和残渣滤掉，防止蒸发器产生纤维性管垢。常用圆网过滤机和斜筛等设备。使用真空洗浆机提取黑液时，因纤维流失少，黑液可不必过滤。
氧化：
硫酸盐浆黑液氧化的目的是为了减少黑液中硫的损失及其对环境的污染，降低黑液的腐蚀性。因黑液中硫化钠未经氧化不稳定，在蒸发、燃烧过程中易生成硫化氢而损失掉。逸出的硫化氢，不但污染环境，降低白液的硫化度，还会对蒸发设备起腐蚀作用，其化学反应氧化后的黑液生成较稳定的硫代硫酸钠和硫酸钠，使硫的损失减少。
2Na2S + 2O2 + H2O Na2S2O3 + 2NaOH
Na2S + 2O2 Na2SO4
黑液的氧化可采用接触法、泡沫法、喷淋法，促使黑液充分与空气接触进行氧化。另一种是用分子氧在活塞式流动反应器中进行黑液氧化。氧化后的黑液浓度提高1.5%～2%，制得的白液硫化度提高5%～8%。但是在黑液氧化过程中，已放出一部分热量，降低了黑液燃烧值，且蒸发过程易结垢，草浆黑液因硫化度低，含硅量高不宜氧化。
除硅：
草类原料灰分较高，灰分中一半以上是二氧化硅。在蒸煮过程中二氧化硅溶于碱液，黑液中的二氧化硅含量约为总固形物的2%～12%。二氧化硅含量过高，易造成蒸发器结垢，使
传热系数降低；燃烧时黑液热值减小，熔物熔点升高，纯度降低；由于硅酸钙沉淀在石灰粒上，使苛化率降低，澄清速度缓慢。如果白泥中硅积累过多，则失去白泥回收价值。为了减少硅干扰，常在蒸发前在黑液中补加烧碱，使黑液中氧化硅全部处于游离状态，或者在蒸发前除硅。目前国内黑液除硅还末普遍工业化，仅个别厂进行了工厂型试验。试验中除硅是二氧化碳法。将二氧化碳或烟道气通入80℃稀黑液中生成硅酸沉淀，用NaOH稀碱液洗涤沉渣，回收沉淀木素，滤去H2SiO3。
Na2SiO3 + 2 H2CO3 H2SiO3 + 2NaHCO3
另外一种除硅法是石灰法：在黑液中加入氧化钙，生成硅酸钙沉淀。柴子文
Na2SiO3 + Ca(OH)2 CaSiO3 + 2NaOH
最近还有将铝土矿在燃烧前加入黑液中，生成铝酸钠。当碱灰溶解时，硅就呈硅酸铝钠的形式沉淀下来，但铝土矿不能过量，以防绿液中有过多的铝离子。
2Al(OH)3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O
Na2O·Al2O3·4SiO2 + 8NaOH
泌尿外科学除皂：
在硫酸盐木浆黑液里，有树脂酸和脂肪酸的钠盐，这些钠盐称为硫酸盐皂。松木浆的黑液硫酸盐皂较多，草类及杉木原料中较少。为了综合利用和排除皂化物对生产过程的干扰，黑液除皂较适宜的浓度是（25%～35%）。皂化物与黑液的分离一般认为是盐析过程，皂粒在电解质作用下凝聚，因相对密度小而浮在黑液面上。除皂的方法多用静置法和充气法等。回收硫酸盐皂可以制取松香酸、脂肪酸等。经过除皂后，可提高蒸发能力，但也使黑液的燃烧值下降。
③蒸发流程
黑液的蒸发一般可分两阶段进行。第一阶段是在多效蒸发器中把稀黑液从10°Bé（15℃）左右蒸发浓缩到33～37°Bé（15℃），固形物含量约达47～54%左右。第二阶段是在直接蒸发器中进行，使黑液再浓缩至53～65%（固形物含量），一般对木浆黑液要求达到60～65%，而草类浆黑液应达50～55%，以便在碱回收炉中进行燃烧。
多效蒸发器通常是由几个串联的蒸发器组成；同时以前一效的二次蒸汽作为后一效的加热
蒸汽，提高热能利用，减少蒸汽用量。为了防止高温加速结垢和低温增大粘度，加热蒸汽温度不宜超过140℃，而末效温度也不应低于50℃，总温差不超过90℃。因此效数多寡也要适当，一般大型厂可达5～7效，而中小型厂约为3～4效。
蒸发工艺流程主要包括黑液、蒸汽和冷凝水三个系统。
黑液系统：
黑液系统工艺流程一般有三种方式：顺流式、逆流式和混流式。
顺流式供液流程就是将经过预热后的黑液首先送至第一效，然后按照顺序流入下一效，最后一效出来的浓黑液送入贮槽。这样黑液流向与蒸汽流向完全一致。其优点在于设备简单，操作方便，泡沫较少，工艺稳定；但由于黑液浓度逐渐增高而其温度却又逐效下降，因而增大黑液粘度，恶化传热条件，降低蒸发效率，需较大加热面积，也增加蒸汽消耗量。目前国内外各厂已较少采用这种顺流式供液流程。
逆流式供液流程是先将黑液送进最后一效，然后逆向逐效而上，这样黑液流向与蒸汽流向完全相反。其优点在于随黑液浓度的提高而得相应较高的温度从而传热条件好，可以减少
加热面积30～40%（与顺流式比较）；但由于各效之间均需用泵和预热器而增加了辅助设备及其动力消耗，况且泡沫较多，操作复杂，工艺条件变动较大。
混流式供液流程尚有几种不同方式，如以Ⅲ—Ⅳ—Ⅴ—Ⅰ—Ⅱ 或Ⅲ—Ⅳ—Ⅴ—Ⅱ—Ⅰ等供流方式。
蒸汽系统：
蒸汽流向一般均按各效的顺序，即新蒸汽先送入第一效，而第一效产生的二次蒸汽则进入第二效，依此向后按次序移送。也有用新蒸汽同时送入第一效和第二效，而此两效出来的二次蒸汽合并送至第三效，然后再按次序移送，这样可以增加蒸发的热源。
冷凝水系统：
新蒸汽出来的冷凝水一般泵送锅炉，回收利用或供纸浆洗涤之用。二次蒸汽出来的冷凝水可通过回收热量后用泵排出。
蒸发系统工艺流程：
四氯化硅分离器在外的升膜蒸发器组成的五效真空蒸发系统工艺流程如图4-31所示。
这个蒸发系统采用混流式供液流程；同时还采取出浓黑液和半浓黑液交替进行的方式。一般小循环时出浓黑液，即利用高温半浓黑液和稀黑液来调整进效浓度，以高浓和小流量的条件，经过后三效蒸发，而Ⅴ效出来的半浓黑液送至中间槽，然后再送至前两效蒸发，这样最后出来的浓黑液送至贮槽。另外大循环时出半浓黑液，这样最后出来的浓黑液送至贮槽。另外大循环时出半浓黑液，即利用低温半浓黑液和稀黑液来调整进效浓度，以低浓和大流量的条件，经过后三效蒸发，而Ⅴ效出来的半浓黑液送至中间槽（或皂化物分离槽），然后再送至前效蒸发，这样出效的高温半浓黑液送至贮槽。在生产上大循环和小循环交替进行，从而改善传热条件，但转换操作比较麻烦，而且不很稳定。
蔗渣浆的黑液蒸发采用由外循环式短管蒸发器组成的四效真空蒸发系统，如图4-32所示。
这个蒸发系统采用混流式供液流程出浓黑液，以顺流式供液流程出半浓黑液，通常是混流式和顺流式交替使用，以提高蒸发强度，有利于粘度大的草类浆的黑液蒸发。
图4-31真空蒸发系统工艺流程
（2）黑液燃烧
课堂内外小学版①黑液燃烧的工艺流程
喷射炉燃烧工艺流程：
硫酸盐法和烧碱法黑液的燃烧过程基本一样，只是烧碱法没有与芒硝有关的工艺。硫酸盐法黑液使用喷射炉燃烧的工艺流程。大致可分为8个系统，即供液系统、燃烧炉及熔融物溶解系统、锅炉系统、芒硝给料系统、送风系统，助燃油系统、锅炉给水处理系统、烟气排出系统，图4-39是喷射炉黑液燃烧的工艺流程。
供液系统：流程为——从多效蒸发器来的黑液→直接蒸发器→浓黑液槽→碱灰和黑液混合槽→芒硝混合槽→黑液喷→燃烧炉。多效蒸发器来的黑液首先经直接蒸发器增浓，与燃烧炉中的碱灰、补充的芒硝进行均匀混合后，使用特制的喷将黑液均匀地喷洒到燃烧炉中去。
燃烧炉及熔融物溶解系统：燃烧炉是黑燃烧过程的主体设备。入炉黑液在燃烧炉内经过进一步干燥后进行燃烧，并产生一系列的化学反应。有机物燃烧产生的高温烟气在炉内上升，被引入锅炉系统；无机物熔融，同时补加的芒硝在高温下还原生成Na2S接着无机熔融物从燃烧炉下方的溜槽流入溶解槽中，苛化工段来的稀白液或清水中溶解形成绿液。
图4-39喷射炉黑液燃烧工艺流程
1—燃烧室 2—蒸汽过热器 3—蒸汽锅炉 4—水冷屏 5—上水预热器 6—空气预热器
7—圆盘蒸发器 8—电除尘器 9—排烟机 10—黑液喷嘴 11—次风口
12—二次、三次风口 13—熔融物馏槽 14—溶解槽 15—黑液、芒硝、碱尘混合器
锅炉系统：现代燃烧炉都配有锅炉以回收燃烧热能。锅炉系统和黑液燃烧的热能产生蒸汽，可供多效蒸发器蒸发系统或蒸煮系统以及生产过程中使用，也有用回收锅炉产生过热蒸汽供气轮机组发电的。
碱回收锅炉系统的配置基本上和常规的动力锅炉相似，但结构更为复杂，运行环境更为恶劣，比常规锅炉发生爆炸等事故的危险性更大，所以，设备及操纵技术要求更高。
锅炉系统一般由上汽包、下汽包、水冷壁管、锅炉管束、水冷屏或凝渣管、过热器、省煤器、吹灰器等部分组成。
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