В. Потапов - Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

Растворы бисульфита магния устойчивы и без избыточного SO 2; наряду с бисульфитом Mg(HSO 3) 2может содержаться и некоторое количество моносульфита MgSO 3, а отношение общего SO 2к связанному в равновесном растворе будет всегда около 1,95. Такое положение определяется большей растворимостью бисульфита магния. Растворимым является и моносульфит, причем его растворимость растет с повышением температуры и зависит от концентрации общего SO 2в кислоте. При температуре ниже 43° растворимость MgSO 3понижается с увеличением концентрации общего SO 2до определенного предела, а за тем начинает расти. При температуре выше 43° растворимость растет с повышением содержания общего SO 2. Такое явление объясняют тем, что в первом случае определяющей является растворимость SO 2в воде, во втором в Mg(HSO 3) 2.

Моносульфиты натрия и аммония хорошо растворимы вводе, и так как в растворах, применяемых в производстве, содержание основания ограничено — получение в этом случае растворов, насыщенных по сульфиту, исключено.

Свойства насыщенных по сульфиту растворов определяются видом основания, т. е. парциальное давление SO 2над такими растворами различно при одном и том же содержании связанного и общего SO 2. При наличии избыточного SO 2в растворе эти индивидуальные свойства бисульфитов исчезают и парциальное давление при данной температуре и содержании связанного SO 2определяется только содержанием свободного SO 2в растворе.

Таким образом, приготовление кислоты можно представить в виде следующих последовательно протекающих процессов.

1. На кальциевом основании. Турменный способ основан на поглощении сернистого газа в башнях (турмах), заполненных известковым камнем (СаСО з). Вода, подаваемая в турму, поглощает SO 2с образованием сернистой кислоты по реакции

SO 2 + Н 2O → H 2SO 3.

Сернистая кислота, стекая по насадке из известкового камня, вступает с ним в реакцию

H 2SO 3+ СаСО 3→ CaSO 3+ Н 2О + СО 2

CaSO 3+ H 2SО 3→ Са (HSО 3) 2.

Образовавшийся бисульфит абсорбирует дополнительное количество SO 2в соответствии с температурой орошающей жидкости, концентрацией печного газа и его давлением, в результате чего получается сырая кислота.

Известково-молочный способ заключается в поглощении сернистого газа известковым молоком в специальных абсорберах по реакциям:

SO 2+ Н 2О → H 2SО 3

H 2SО 3+ Са(ОН) 2→ CaSO 3+ 2H 2O

CaSО 2+ H 2SO 3→ Ca(HSO 3) 2.

Для поддержания нужного соотношения между свободным и связанным SO 2его вводят в таком количестве, чтобы некоторая часть SO 2не соединялась с известью.

2. На магниевом основании.Для получения кислоты, содержащей бисульфит магния, применяются барботжные колонны, насадочные абсорберы или скрубберы Вентури, на орошение которых подается магнезиальное молочко. При этом происходят реакции, аналогичные предыдущим. Если готовится кислота для бисульфитной варки, где не требуется свободного SO 2, процесс на этом заканчивается. Следовательно, можно приготовить кислоту, содержащую некоторое количество моносульфита и применяющуюся для специальной варки, — нейтральный магнефит

2Mg(HSO 3) 2+ Mg(ОН) 2→ Mg(HSO 3) 2 + 2MgSO 3+ H 2O.

Приготовление кислоты для обычной кислой сульфитной варки заканчивается дальнейшим насыщением раствора сернистым газом до получения заданного количества свободного SO 2.

3. На натриевом основании.Для приготовления кислоты с натриевым основанием используется кальцинированная сода (Nа 2СO 3), и процесс протекает следующим образом

SO 2+ H 2O → H 2SO 3

2Nа 2СO 3+ H 2SO 3→ 2NaHСO 3 + Nа 2SO 3,

2NaHCO 3+ H 2SO 3→ Nа 2SO 3 + 2H 2O + СO 2,

Nа 2SO 3+ H 2SO 3→ 2NaHSO 3.

Так же, как в случае магниевого основания, дальнейшее продолжение процесса или прекращение его на этой стадии зависит от способа варки, для которого готовится кислота. В отличие от магниевого основания на натриевом можно приготовить растворы, содержащие только моносульфит (Nа 2SO 3), которые применяются для варки полуцеллюлозы по нейтрально-сульфитному способу.

4. На аммониевом основании.Кислоту с аммониевым основанием готовят поглощением сернистого ангидрида аммиачной водой (NH 4OH)

SO 2+ H 2O → H 2SO 3

2NH 4OH + SO 2→ (NH 4) 2SO 3 + H 2O,

(NH 4) 2SO 3+ H 2SO 3→ 2NH 4HSO 3.

Возможности аммониевого основания с точки зрения состава кислоты подобны натриевому. Однако в практике применение нашли только растворы для кислой и нейтрально-сульфитной варок.

Вращающиеся серные печи.Вращающаяся серная печь (рис. 7) Представляет собой склепанный или сваренный из стальных листов цилиндр с конусами на обоих концах. Корпус печи с помощью роликов, на которые он опирается бандажами, вращается от электродвигателя через трансмиссию и червячную передачу. Печь делает 1–1,5 оборота в минуту.

Рис. 7. Установка вращающейся серной печи:

1 — транспортер для серы; 2 — бункер; 3 — питатель; 4 — серная печь; 5 — камера дополнительного сгорания.

Сера подается в печь в твердом виде с помощью шнека или в расплавленном виде. Воздух поступает в печь с переднего торца через регулируемые прорези. Расплавленная сера прилипает к стенкам вращающейся печи тонким слоем и сгорает, образуя газ SO 2.

Для уменьшения потерь тепла за счет лучеиспускания печь иногда внутри футеруют огнеупорным кирпичом.

Производительность вращающихся серных печей может быть увеличена за счет подачи подогретого воздуха и установки камеры дополнительного сгорания. Пропуская воздух перед подачей в печь между корпусом печи и специальным металлическим кожухом, можно подогреть его до температуры 200°, что приведет к увеличению производительности печи и пониженному содержанию SO 3в газовой смеси.

Камера дополнительного сгорания может быть или металлической с внутренней футеровкой огнеупорным кирпичом, или кирпичной. Для лучшего смешивания с несгоревшими частицами серы воздуха, подаваемого в камеру дополнительного сгорания через регулируемые заслонкой отверстия, в камере делают перегородки. Камеру дополнительного сгорания рекомендуется делать в 3–5 раз больше объема печи.

Основное внимание при работе печи должно быть обращено на правильное соотношение количества серы и воздуха для горения. Нарушение этого соотношения почти всегда приводит к сублимации (возгонке) серы, при которой в газе наблюдается присутствие паров нес горе вшей серы. Сублимация серы может привести к частичному забиванию газоходов и увеличению сопротивления тракта очистки и охлаждения газа.

Температура газов ил выходе из печи без обмуровки 700–800°, а из печи с обмуровкой 900–1000°.