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P_RCAPMP制浆非过程元素及蒸发器垢层研究

归档日期:04-13       文本归类:非过程语言      文章编辑:爱尚语录

  素的积累进行了研究和核算,并分析了制浆废液蒸发器垢层的形成及成分。结果表明,系统中非过程素按积累量由大到小的顺序排列为 Si、Ca、K、Cl、Mg、S、P、Fe、Mn、Al; 蒸发器垢层主要以 Ca、Si、P、Mg素为主,其中钙镁垢与硅垢各占近30% ; 垢层的防控需要从对系统中非过程

  P-RC APMP 制浆的综合废液主要从木片洗涤、浸渍、磨浆和漂白过程中产生,其成分比较复杂,其 中的有机物主要包括各种降解产物、树脂酸、脂肪 酸、酚类、烷烃类及苯甲酸类物质等[1],而无机物主要由 Na、K、Ca、Mg 等金属离子与 Cl、S、Si、P等非金属离子组成的化合物构成,这些

  制浆过程中溶解的大量有机物及细小纤维均含有 具备螯合作用的功能基团 ( 如羰基、酚羟基、羧基) ,可以为非过程

  综合废液的节能减排技术研究已有较多尝试,有企业采用机械蒸汽再压缩蒸发 ( MVR) 技术,连同碱回收技术处理综合废液,实现了废液零排放,并且降低了能耗。但蒸发过程中,废液中含有的大量非过程

  素离子浓度达到溶解度之后,临近管壁的离子容 易沉淀出来,成为管垢。与此同时,设备在运行中处 于高温或高压状态,运行工况较为恶劣,容易造成设 备腐蚀现象的出现。

  本课题将通过对 P-RC APMP 制浆过程的原料、新鲜水、化学品、纸浆和废液、垢层的分析,对非过程

  杨木片、桉木片、新鲜水、NaOH 溶液、Na2SiO3溶液、DTPA 溶液、H2O2 溶液、纸浆,综合废液、热泵蒸发器 ( MVR) 垢样,均取自某P-RC APMP 制浆厂。

  (1) 将杨木片、桉木片磨碎, 与纸浆分别于575℃ 灼烧,得到的灰分先通过能谱仪 ( EDS) 进行定性分析,然后再通过原子发射光谱仪 ( ICP) 进行定量分析。

  (3) 对蒸发器垢样研磨后进行化学成分与 ICP分析,同时进行扫描电镜 ( SEM) 观察。

  素种类相同,主要包括 Ca、Mg、K、Cl、P、S、Fe、Mn 等。两种原料中每种

  素含量较高,均在 10%左右 或 以 上, 而 P、S、Fe、Mg 等

  素 含 量 在0. 60% ~ 3. 00% 之间,另外还含有少量 Mn 和Al

  素的种类及含量如表 3 所示。由表 3 可知,新鲜水及 NaOH 溶液、Na2SiO3 溶液、DTPA 溶液和 H2O2 溶液中的非过程

  素以 Ca、Cl为主,含量分别为 9. 35% 和 3. 64% ,其他

  素以 Si、K、Ca 和 Cl 为主,分别达到 337. 5 mg / L、171. 1 mg / L、104. 2 mg / L和 93. 2 mg / L,其次为Mg、P 和S 等

  P-RC APMP 制浆以 1 t 原料计,杨木和桉木按照6∶ 4 ( 质量比) 的比例,全过程投入与产出物料量如图 1 所示。

  素按总量由大到小的顺序依次为 Mg、S、P、Fe、Mn、Al,积累量从几十克到几百克不等。

  素, 杨木与桉木分别贡献 41. 64% 和27. 48% ,新鲜水贡献 30. 81% ; 而 Mg

  素主要来源于新鲜水,贡献率 68. 02% ,另外杨木和桉木分别贡献 19. 21% 和 12. 61% 。

  素主要来源于两种原料,杨木与桉木分别贡献 63. 57% 和 33. 87% 。

  素主要来源于杨木、桉木和新鲜水,贡献率分别为 40. 55% 、23. 73% 和 33. 64% 。

  素除来源于两种原料外 ( 杨木与桉木分别贡献 31. 66% 和 31. 62% ) ,另外 NaOH 溶液和 DTPA 溶液分别贡献 8. 07% 和 1. 70% 。

  素主要来源于杨木、桉木、新鲜水和 H2O2 溶液,分别贡献 28. 06% 、15. 10% 、48. 62% 和 8. 11% 。

  素主要来源于 Na2SiO3 溶液, 贡献率为96. 76% ,其他少量主要由新鲜水提供。

  素各种来源均有所贡献,主要包括新鲜水 ( 40. 74% ) 、杨木 ( 28. 78% ) 和桉木 ( 16. 01% ) 。

  由表 7 与表 5 比较可知,在 P-RC APMP 制浆流程中,各非过程

  素总的投入量与产出量较为吻合。其中 Ca、Fe、Mn、Mg、Al、Cl 等非过程

  素的富集量及在溶液中的溶解性可以推断,需要对 Ca、Si、P、S 等易结垢的

  蒸发器结垢是废液蒸发浓缩过程中普遍存在的问 题,它会导致蒸发器传热阻力增大,传热系数下降, 严重影响生产。按照化学性质区分,一般认为造纸废 液蒸发器的垢层可分为 4 类: 水溶性垢,主要是溶解性无机盐如钠盐、钾盐等; 水不溶性垢,主要包括钙、镁等的不溶性无机盐类; 顽固性垢,主要由硅酸盐类物质组成; 有机物垢,主要含有纤维和皂化物等有机物。前3 种无机物垢是垢层的主要组成部分,形成过程以结晶形式为主,包括晶核形成和结晶化两个阶段[4]。

  图 2 所示为垢样研磨前的 SEM 照片,可以看出整块垢样中的晶核与晶核渐次排列生长的过程,晶核 形状以球形或圆柱形为主,间杂有长方片状结构,并 且垢层应为有机物垢与无机物垢混合组成。图 3 所示为垢样研磨后的 SEM 照片,可以看出经过研磨后的垢样由整块变为了大小不一的散落粉末,但其晶体结 构并未破坏。

  由表 8 可以看出,垢样中的水不溶物占94. 03%,说明水溶性垢含量较低。575℃ 时的灰分含量为 68. 50%,说明该垢样经高温灼烧可去除 30% 以上的物质。总 CaO 占到 20. 55% ,总 MgO 为 5. 77% ,以 SiO2 为主的酸不溶物含量为 29. 17% ,说明垢样中水不溶性垢和顽固垢均占有较大比例。另外磷酸盐含量占 4. 64% ,铁铝氧化物为 1. 69% ,硫酸盐及水溶性碱等的含量相对较少。

  素含量分别为 15. 74% 、12. 04% 、1. 54% 和 1.47% ,形成的化合物以 CaO、

  素含量计算出的这些无机化合物含量分别为 22. 04% 、25. 80% 、3. 92%和 2. 45% ,这几种物质成分含量与表 8 中的结果接近。其他

  素为 Mn、Fe、Cl、K、S、Al 等,含量均在 0. 20% 以内,再加上

  由表 8 和表 9 综合得出,以钙镁垢为主的水不溶性垢与以硅垢为主的顽固垢分别占到垢样总量的近30% ,而以纤维为主的有机垢也占 30% 左右,水溶性垢的量较少。

  (4) 非硅型稳定剂现已越来越受到市场的重视, 使用合适的非硅型稳定剂代替硅酸盐,则可以更好地 解决硅垢问题。

  (6) 加入合适的阻垢剂,通过晶格畸变、络合增溶、凝聚与分散等作用[5]使离子难以结晶,减缓 垢层的生长趋势,也是一种有效的防控方法。

  对已形成的或不可避免的垢层,则需要定期清洗。在清洗方法的选择上,以高压水射流清洗与化学 清洗相结合的方式效果较好。对于 P-RC APMP 制浆废液蒸发器垢层,水不溶性垢占 30% 左右,可以先采用 2% ~ 4% 的盐酸浸泡溶解,再使用高压水枪除垢,一般均能去除干净。顽固垢是最难处理的,需要用较高浓度的酸液进行处理或浸泡较长时间,然后再用高压水枪去除,耗能也较高,顽固垢的去除是垢层清洗的关键环节。而有机垢相对较易处理,一般在上述过程中都能 清洗干净。

  素主要为 Ca、Mg、K、Cl、P、S、Fe、Mn、Si、Al,其积累量按由大到小的顺序排列为 Si、Ca、K、Cl、Mg、S、P、Fe、Mn、Al。

  素为主, 其中以钙镁垢为主的水不溶性垢和以硅垢为主的顽固垢各占近 30% ,以纤维为主的有机垢也占 30% 左右,水溶性垢的量较少。

  素的监控做起,可以通过一系列手段减缓垢层形成趋势; 对已形成的垢层,以高压水射流清洗与化学清洗相结合的方式为佳。

  [2] LI Hui,LI You-ming,WANG Rui,et al. The Non-Process Elements in Paper Industry [J]. Paper and Paper Making,2004,23( 1) : 38.李 辉,李友明,王 锐,等. 造纸工业中的非过程

  李海龙,詹怀宇,柴欣生,等. 碱回收过程中蒸发器钙结垢及其控制[J]. 中国造纸,2010,29( 4) : 67.

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