Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

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.

Растворы бисульфита магния устойчивы и без избыточного SO₂; наряду с бисульфитом Mg(HSO₃)₂ может содержаться и некоторое количество моносульфита MgSO₃, а отношение общего SO₂ к 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 SO₂ в кислоте. При температуре ниже 43° растворимость MgSO₃ понижается с увеличением концентрации общего SO₂ до определенного предела, а за тем начинает расти. При температуре выше 43° растворимость растет с повышением содержания общего SO₂. Такое явление объясняют тем, что в первом случае определяющей является растворимость SO₂ в воде, во втором в Mg(HSO₃)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 SO₂ над такими растворами различно при одном и том же содержании связанного и общего SO₂. При наличии избыточного SO₂ в растворе эти индивидуальные свойства бисульфитов исчезают и парциальное давление при данной температуре и содержании связанного SO₂ определяется только содержанием свободного SO₂ в 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 SO₂ с образованием сернистой кислоты по реакции

SO₂ + Н₂O -> H₂SO₃.

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

H₂SO₃ + СаСО₃ -> CaSO₃ + Н₂О + СО₂

CaSO₃ + H₂SО₃ -> Са (HSО₃)₂.

Образовавшийся бисульфит абсорбирует дополнительное количество SO₂ в 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:

SO₂ + Н₂О -> H₂SО₃

H₂SО₃ + Са(ОН)₂ -> CaSO₃ + 2H₂O

CaSО₂ + H₂SO₃ -> Ca(HSO₃)₂.

Для поддержания нужного соотношения между свободным и связанным SO₂ его вводят в таком количестве, чтобы некоторая часть SO₂ не соединялась с известью.