Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

Важнейшей задачей при получении целлюлозы сульфитным способом является приготовление кислоты, с помощью которой происходит извлечение из растительного сырья целлюлозы при варочном процессе.

Сульфитная кислота представляет собой раствор сернистого газа SO2 и бисульфита кальция Ca(HSO2)2 или бисульфита с другим основанием (магниевым, аммониевым или натриевым) в воде.

Ca(HSO2)2 + SO2 + H2O

Раньше

бисульфит кальция представляли как раствор моносульфита CaSO2 в избытке растворенного SO2 (сернистой кислоты H2SO3), поэтому на практике до сих пор для характеристики состава кислоты используют термины: связанный SO2 (т. е. часть SO2, находящегося в моносульфите); свободный SO2 (часть SO2, дополнительно связанная в бисульфите и находящаяся в виде растворенного SO2): общий SO2 или весь SO2 (сумма свободного и связанного SO2).

В производстве стремятся получить кислоту с возможно большим содержанием всего SO2. Однако в настоящее время для варки используют преимущественно кислоту с содержанием всего SO2 максимум 9–12 %. Это объясняется тем, что большинство варочных котлов работает с давлением 6 ата и при сдувках (удалении избыточного давления в котле при варочном процессе) будет теряться значительное количество SO2, что снижает коэффициент его полезного использования при химических реакциях варки. Кроме того, при значительном повышении концентрации SO2 в кислоте, особенно свободного SO2, снижается выход сахаров из древесины (особенно несбраживаемых — пентоз и т. д.).

Различают сырую кислоту, которая получается в кислотном цехе, и варочную кислоту, которая получается в результате укрепления сырой кислоты сдувками при варочном процессе, содержащими значительное количество SO2, а также органических веществ.

Состав сырой кислоты при кислом сульфитном способе: всего SO2 — 3,3:3,8 %; основания (CaO) — 0,9:1,3 %.

Состав варочной кислоты: всего SO2 — 5 : 12: основания (CaO) — 0,85 : 1,0 %.

При бисульфитном способе варки обычно применяют магниевое и натриевое основание.

При использовании этого способа варки, нашедшего применение в последнее время, состав варочной кислоты следующий: всего SO2 3,8 : 4 %; связанного SO2 1,9 : 2 %.

Сера бывает либо природная, либо получается из сернистого ангидрида при обжиге на металлургических заводах сернистых руд меди, цинка и т. д. (газовая сера). Она может быть комовой или Золотой.

Удельный вес элементарной серы (S) 1,96–2,06. В твердом состоянии сера хрупкое вещество светло-желтого цвета. Температура плавления 112,8–119,0°. При нагревании выше 155° жидкая сера буреет, вязкость ее увеличивается, достигая максимума при 191°.

При дальнейшем повышении температуры сера снова становится легкоподвижной жидкостью. Загорается сера при 360° на воздухе, при 285° — в среде кислорода.

Серный колчедан разделяется на рядовой и флотационный.

Главной составной частью серного колчедана является двусернистое железо FeS2, В химически чистом виде он содержит 33,46 % S и 46,54 % Fe. Однако колчедан содержит к некоторое количество посторонних примесей (пустую породу, сернистое соединения меди, мышьяка и др.). Наиболее распространенным в природе является пирит (удельный вес 4,95–5,0) и менее распространенным марказит (удельный вес 4,55).

Насыпной вес 1 м3 серного колчедана 2500–3000 кг, цвет зеленовато-серый.

Рядовой колчедан бывает кусковой и сыпучка. Он получается при добыче медистых серных руд. По своему химическому составу рядовой колчедан является высококачественным сырьем с содержанием серы до 50 %. Допустимая норма содержание селена в колчедане, применяемом в промышленности, не более 120 г/т (0,012 %).

Флотационный колчедан получается на обогатительных фабриках в виде отходов при флотации медных и полиметаллических руд. Содержание серы в нем достигает 47–50 %.

Сухой флотационный колчедан обладает гигроскопичностью, поэтому в зимнее время он легко смерзается, что создает трудности при сто транспортировке.

Углистый колчедан получается при обогащении подмосковного каменного угля. Высокое содержание угля (15–18 %) понижает содержание в нем серы и затрудняет обжиг, который становится возможным только с добавкой безуглистого колчедана при содержании угля в смеси не более 5–6 %.

Известняк — горная порода, состоящая из минерала кальцита CaCO2 (CaO 56 % и SO2 44 %) и различных примесей в виде магния, железа, глины, песка и др. Удельный вес его колеблется от 0,8 до 2,2. По своему составу известняк, применяемый в кислотных цехах, должен содержать не менее 99 % СаСО3. Нежелательны примеси MgCO2, а также значительных количеств, железа и марганца.

Известь CaO получается путем обжига известняка, доломита и прочих карбонатных пород при температуре выше 900 °C. При взаимодействии с водой образуется белый порошок гидроокиси кальция Ca(ОН)2 (гашеная известь), малорастворимый в воде. При гашении извести выделяется значительное количество тепла (277 ккал/кг).

Известь для приготовления сульфитной кислоты должна содержать при обжиге известняка не менее 85 % CaO, не более 3 % Fe2O3 и Al2O3, а при обжиге доломита — не менее 55,4 % CaO, 39.4 % MgO и не более 3 % Fe2O3 и Al2O3.

Каустический магнезит MgO получается путем обжига природного магнезита MgCO3 при температуре 750–800 и последующего помола. Удельный вес каустического магнезита 3,1–3,4. Теоретический химический состав: 47,82 % MgO и 52,18 % CaO. Однако в каустическом магнезите содержится значительное количество примесей, которое затрудняет его применение: особенно это относится к окиси магния, полученной при обжиге магнезита, применяемого на металлургический заводах.

Содо-поташная смесь является отходом производства-глинозема из нефелина. В состав ее входят Na2CO3 (не менее 82,5 %), K2SO4 (не более 8,0 %) и другие соединения. Влажность не должна превышать 0,3 %.