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.

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 SO₂, процесс на этом заканчивается. Следовательно, можно приготовить кислоту, содержащую некоторое количество моносульфита и применяющуюся для специальной варки, — нейтральный магнефит