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高温高浓竹浆黑液流变性及膨胀性研究
中国造纸行业2021-7-11 0:34:35 造纸术中国纸业网高温高浓竹浆黑液
  以竹浆草浆为代表的非木材原料灰分含量高,且灰分中60%以上是SiO2,给碱回收系统带来了一系列硅干扰问题。NaAlO2作为一种高效除硅剂,在燃烧法除硅工艺中的有较大的应用价值。
    1、高温高浓竹浆黑液的流变特性
    当固形物含量大于50%时,竹浆黑液转变为非牛顿流体,其流动特征与高分子材料中的假塑性流体类似,呈现出剪切稀化现象。本实验中测试的黑液固含量高达70.19%和79.87%,含水量极少,在室温条件下其形态己接近固体,难以流动。实验在70℃和98℃高温条件下对其粘度进行测试,研究其剪切稀化特性,实验结果如图1和图2所示。
    
    
 
    在70℃温度下,固含量为70.19%和79.87%的竹浆黑液的表观粘度均随着剪切速率的增加而迅速下降,并逐渐趋于一个常数,呈现出了假塑性流体的剪切稀化特性。
    在98℃温度下,高固含量竹浆黑液在假塑性区域的粘度变化规律与温度为70℃时非常相似,且温度越高表观粘度越低。但在第二牛顿区,黑液的表观粘度出现先下降而后上升的趋势,说明在剪切速率较高时出现了剪切增稠的现象。
    通过对比图1和图2中温度不同的两条曲线可以发现提高温度可以有效降低黑液的表观粘度,因此在管道输送过程中,可以通过适当提高温度来达到降粘的目的,降低碱回收单元的运营成本。同时,可以利用竹浆黑液的剪切稀化特性来改善黑液的运输过程。
    2、添加NaAlO2对黑液VIE值的影响
    等温膨胀体积指数简称VIE,指每克固形物在300℃下灼烧后膨胀的体积数,用来描述黑液固形物在脱水、炭化时的膨胀程度。
    在碱回收炉中,VIE值可以指示燃烧炉垫层的疏松程度和燃烧状态,数值越大燃烧越充分,也因此成为碱回收过程中的一项重要指标。添加不同含量NaAlO2对黑液VIE值的影响如图3所示。
     
    黑液VIE值与硅的含量、粘度以及无机物成分等密切相关。随着硅含量的降低,VIE值明显提高;粘度过大或者过小都不利于黑液拥有较好的膨胀性,而对黑液粘度影响较大的低聚糖和LCC含量都会对VIE值产生一定的影响;黑液中其他无机成分例如碳酸钠、硫酸钠、亚硫酸钠含量的增高均会降低黑液的VIE值。
    由图3可知,竹浆黑液的VIE值随着NaAlO2添加量的增加出现先上升后下降的趋势,并且在添加量为0.5%时出现最大值。但随着无机盐含量增加,抑制了黑液的膨胀,NaAlO2添加量为1%和1.5%时,VIE值有所下降,甚至低于不添加NaAlO2的空白样。
    3、结论
    (1)适当提高温度可以有效降低黑液的表观粘度,减弱黑液的假塑性,有利于其在管道喷嘴的输送,利用黑液的剪切稀化特性可以改善黑液的运输过程;
    (2)在黑液输送过程中,尤其在弯道、阀门、喷嘴处可能会引起流动障碍,适当提高温度有助于黑液的软化;
    (3)随着NaAlO2添加量的增加,黑液的VIE值先增大后减小,且在NaAlO2的添加量为0.5%时达到最大值。

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