Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

Шамко В. Е.

Вторая стадия — охлаждение газа с температурой 300–500° до температуры 35–40°.

Не следует охлаждать газ в первой стадии до температуры ниже 300 °C, так как в этом случае происходит конденсация серной кислоты, которая может подвергнуть разрушению оборудование.

Более интенсивно процесс охлаждения газа за счет непосредственного контакта газа с жидкостью проходит в барботажных и пенных аппаратах с перфорированной решеткой. Кроме того, охлаждение газа может происходить и через разделяющую стенку. Наиболее старым способом такого рода охлаждения являются свинцовые погружные холодильники, в которых охлаждающей средой служит вода. Для охлаждения используются и трубчатые холодильники, в которых

охлаждающим элементом является атмосферный воздух.

Поглощение сернистого газа и получение сырой кислоты

До недавнего времени для варки сульфитной целлюлозы применяли кислоту только на кальциевом основании. Существовало два способа получения сырой кислоты: турменный и известково-молочный. В настоящее время все большее значение приобретают другие виды основания — магниевое, натриевое, аммониевое, которые применяются в чистом виде или в смеси с кальциевым основанием В основе приготовления сырой кислоты любого состава и с любым видом основания лежит процесс абсорбции.

Абсорбция — это процесс поглощения газа за счет проникновения его в массу жидкости, в результате чего происходит образование раствора определенного состава.

При соприкосновении газа с жидкостью часть молекул газа растворяется в ней, а затем частично выделяется обратно в газовую фазу, При этом через некоторое время количество молекул, переходящих в жидкость и возвращающихся в газовую фазу, становится одинаковым. Такое положение называется состоянием равновесия. Содержанию растворенного газа в жидкости при данной температуре соответствует определенное содержание его в газовой фазе, которое называется парциальным давлением.

Парциальное давление газа над жидкостью выражается обычно в мм рт. ст. или в ата и составляет часть общего давления над данным раствором. Следовательно, на процесс абсорбции газа жидкостью влияют два основных фактора — парциальное давление и температура, меняя которые можно регулировать состав раствора.

Таким образом, если печной газ с определенным содержанием сернистого ангидрида в нем С% и под некоторым давлением p мм рт. ст. вступает в соприкосновение с водой, имеющей температуру t°С, растворимость газа в воде X определяется по формуле Гумма, как

X = 0.03Cp / (100x1.0363^t) %.

Из приведенной формулы исходят следующие основные выводы:

1. С повышением давления растворимость SO₂ в воде повышается. Это объясняется тем, что с повышением общего давления растет и парциальное давление, составляющее часть общего, а с повышением парциального давления газа над его раствором состояние равновесия смещается в сторону увеличения количества поглощенного газа.

2. Чем выше концентрация SO₂ в поступающем газе (т. е. выше парциальное давление), тем большее его количество может перейти в раствор.

3. С повышением температуры раствора количество SO₂, способного раствориться, понижается.

Процесс поглощения сернистого газа водой сопровождается химической реакцией образования сернистой кислоты

SO₂ + H₂O <-> H₂SO₃.

Количество сернистой кислоты при 10° составляет 80 % от всего растворенного SO₂. С повышением температуры равновесие реакции смещается влево и при 90° сернистой кислоты содержится всего 10 %.

Максимальная концентрация SO₂ в воде при атмосферном давлении 22,8 %. Повышая давление, можно довести концентрацию до 24–25 % SO₂. При дальнейшем повышении содержания SO₂ раствор распределяется на два слоя: нижний — жидкий 98,6 % SO; и верхний раствор, содержащий 24–25 % SO₂. Повысить содержание SO₂ до 29,2 % можно охлаждением раствора до -3°. При температуре -3,5° раствор замерзает. Однако растворы указанных выше концентраций практического применения не имеют. Обычно концентрация водного раствора SO₂, используемого, например, на второй ступени варки ацетатной целлюлозы, не превышает 7–10 %.

Варочная кислота для кислой сульфитной варки состоит из бисульфитного раствора и свободного SO₂, а для бисульфитной арки — без свободного SO₂, поэтому в производственных условиях приходится иметь дело с абсорбцией SO₂ растворами бисульфита.

Естественно, что в данном случае на насыщение растворов оказывает влияние, кроме температуры, давления и концентрации SO₂, концентрация самого бисульфита. На рис. 6 приведена номограмма для определения теоретического содержания всего SO₂ в кислоте (т. е. того количества SO₂, которое может быть поглощено при заданной температуре кислоты), содержание CaO в ней и концентрации SO₂ в газе (парциальном давлении). По номограмме находим (пунктирная линия), что при температуре 25° и парциальном давлении 0,1 ата (концентрация печного газа 10 %) в растворе, содержащем 1,2 % CaO, может раствориться 3,44 % SO₂. Подобным образом по номограмме может быть определен состав сырой кислоты при разных условиях.

Из номограммы видно, что с повышением количества основания в кислоте растворимость SO₂ в растворе бисульфита возрастает. Однако одновременно с этим содержание свободного SO₂ уменьшается. Так, в приведенном выше случае при содержании в растворе 1,37 % связанного SO₂ (1,2 % CaO) в виде бисульфита Ca(HSO₃)₂ будет находиться 2,74 % SO₂, а свободного SO₂ 1,7 %. При тех же условиях, но при содержании связанного SO₂ 1,6 % (1,4 % CaO) или 3,2 % в виде бисульфита, общее SO₂ будет составлять 3,92 %, т. е. растворенного SO₂ из них всего 0,72 %.

Рис 6. Номограмма для определения содержания SO₂ в башенной кислоте.

Дальнейшее увеличение содержания основания в кислоте при данном парциальном давлении возможно только до некоторого предела, называемого равновесным состоянием. Переход через его границы вызовет выпадение из раствора моносульфита CaSO₃. Для устойчивости бисульфита кальция в растворе обязательным является наличие некоторого избытка свободного SO₂, соотношение между общим и связанным SO₂ всегда должно быть больше 2.