В. С. Потапов, В. Е. Шамко
ПОСОБИЕ КИСЛОТЧИКУ СУЛЬФИТНО-ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА
СОСТАВ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ
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 %.
ХИМИКАТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ
Химикаты для приготовления кислоты
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 %.
Сода кальцинированная Na2CO3 в зависимости от степени чистоты разделяется на техническую и фотографическую (содержание Na2CO3 не менее 95 %) и оптическую (содержание Na2CO3 не менее 96 %). В ней содержится некоторое количество NaCl (1,0–0,5 %), Na2SO4 (0,1–0,05 %) и других веществ.
Аммиачная вода представляет собой раствор газообразного аммиака NH3 с очень резким характерным запахом. На заводы обычно доставляется аммиачная вода с содержанием аммиака 25 %, удельный вес ее 0,91 (при 15°).
Хранение сырья и химикатов
Сырье и химикаты поступают на целлюлозно-бумажные приятия периодически, поэтому для обеспечения бесперебойной работы кислотных цехов необходимо иметь определенный запас всех используемых для получения кислоты химикатов. Минимальный запас, на который рассчитываются склады, определяется удаленностью комбината от источников сырья и обычно составляет 1–3 месяца.
Склады колчедана. На рис. 1 показан кислотный цех, которому примыкает склад для хранения флотационного колчедана. Колчедан доставляется на комбинат в железнодорожных вагонах, для приема которых в складе прокладывается железнодорожный путь. Разгрузка вагонов производится механическими лопатами в траншею, расположенную вдоль пути, откуда колчедан грейферным краном укладывается в штабеля. Подача колчедана из штабеля в производство осуществляется краном, которым колчедан подается в бункер с питателем в нижней его части. Далее колчедан подается к бункерам печей при помощи системы транспортеров.
Рис. 1 Кислотный цех со складом серного колчедана (план на отм. 0.00):
1 — колчеданная течь; 2 — воздушный холодильник; 3 — циклоны для очистки газа; 4 — сухой электрофильтр; 5 — теплообменник; 6 — насосы; 7 — вентилятор; 8 — абсорбер; 9 — мокрый электрофильтр; 10 — скруббер; 11 — бункер для колчедана; 12 — питатель пластинчатый; 13 — транспортер; 14 — элеватор.
При использовании в качестве серусодержащего сырья кускового колчедана при складах организуется дробильное отделение (рис. 2).
Рис 2. Схема дробильного отделения:
1 — транспортер; 2 — бункер колчедана; 3 — тарельчатый питатель; 4 — грохот; 5 — наклонный ссып; 6 — щековая дробилка; 7 — ковшовый элеватор; 8 — просевной барабан; 9 — бункер; 10 — вальцовая мельница.
