Новикова А.И. Модернизированная сульфатная варка целлюлозы: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

130

Загрузку автоклава производят следующим образом: в автоклав

вставляют стакан (7) из кислотоупорной сетки, закрывают нижний вен-

тиль, засыпают половину отвешенной щепы, затем вставляют в центр ци-

линдрический стержень (таким образом создают углубление в щепе для

кармана термометра), после этого досыпают остальную щепу и поверх ее

кладут металлический груз (свинцовую перфорированную пластину). Ще-

пу уплотняют. Стержень вынимают и в автоклав выливают варочный ще-

лок. Если варка ведется с добавлением черного щелока, то последний сме-

шивают с белым щелоком перед заливкой автоклава.

На фланец автоклава кладут прокладки, надевают крышку, на нее

скобу, проверяя центровку стержнем, чтобы не было перекоса крышки. За-

винчивание гайки производится сначала вручную, а затем с помощью га-

ечного ключа. Шланг сдувочного вентиля помещают в сосуд с водой. Не

разрешается при закрытии крышки скобой на ключ использовать удлини-

тель.

После этих операций проверяют, хорошо ли закрыт сдувочный вен-

тиль, затем наливают в карман для термометра глицерин, вставляют тер-

мометр и включают нагрев. Момент включения тока отмечается как начало

варки. С помощью САР (система автоматического регулирования) проис-

ходит регулирование нагрузки на амперметре в течение варки автоматиче-

ски при ее установлении после включения автоклава на максимально до-

пустимую.

Включение и выключение пускателя, а также введение и выве-

дение ручки трансформатора производят обязательно в резиновых

перчатках! Стоять надо на резиновом коврике.

Варку ведут по заданному технологическому режиму. Через

каждые 10 мин. снимают показания термометра и манометра, последние

заносят в рапорт варки по нижеприведенной форме. На основании техно-

логического режима заранее вычисляют давление, температуры, которые

должны быть достигнуты к моменту съема показаний.

Если фактические данные будут отклоняться от заданных, то соот-

ветственно уменьшают или увеличивают силу греющего тока поворотом

рукоятки (10) трансформатора или задатчиком САР.

131

При варке целлюлозы в установленном автоклаве с применением

САР возможно лишь снятие показаний давления, поэтому необходимо

пользоваться приведенной табл. 27 для контроля температуры по давле-

нию.

Таблица 27

Соотношение давления и температуры для водяного пара

Давление, P, кгс/см

(МПа) Температура, °С

1 (0,1) 99,09

1,5 (0,15) 110,79

2 (0,2) 119,62

2,5 (0,25) 126,79

3 (0,3) 132,88

4 (0,4) 142,92

5 (0,5) 151,11

6 (0,6) 158,08

6,5 (0,65) 161,22

7 (0,7) 164,17

7,5 (0,75) 166,97

8 (0,8) 169,51

8,5 (0,85) 172,13

9 (0,9) 174,53

9,5 (0,95) 176,83

10 (1,0) 179,04

10,5 (1,05) 181,16

11 (1,1) 183,20

После достижения температуры 120 °С слегка открывают сдувочный

вентиль и производят в течение 30…60 с терпентинную сдувку (при сла-

бом пробулькивании газов через слой воды в сосуде) для удаления терпе-

нов и воздуха.

Если не работает автоматическое регулирование температуры варки,

то на протяжении процесса варки необходимо тщательно следить за тем-

пературой и давлением, регулировать их, не допуская больших колебаний,

132

ни в коем случае не допуская повышения давления свыше 1 МПа

(10 кгс/см

). В случае превышения указанного предела необходимо отклю-

чить нагрев, осторожно осуществить сдувку.

Запрещается работающий автоклав оставлять без при-

смотра!

Во время варки студент составляет рапорт, в котором фиксирует ис-

ходные данные, фактическую температуру и давление через определенные

интервалы. Пример оформления представлен ниже.

Рапорт варки и табл. 28 для занесения данных контроля варки

Загружено влажной щепы, M

, г:, влагосодержание W, %.

Загружено а. с. щепы, Д, г, при заданном гидромодуле варки Г.

Количество жидкости: Ж, мл,

из них раствора V

воды в щепе M

, мл

Расход активной щелочи P

, Na

O, % от массы древесины.

Начало варки ......... ч. мин.

Конец варки ......... ч. мин.

Продолжительность варки ...... . ч, мин

в том числе заварки ........ ч, мин.

Таблица 28

Температура и давление в автоклаве при варке

Время

Температура, °С, t

Давление, P Примечание

заданная

фактическая

МПа

кгс/см

10-00 20 20

10-10 30 35

10-20 42 42

… … …

120 терпентинная сдувка

10-45 170 170 0,85 8,5

… … … … … собственно варка

12-45 170 170 0,85 8,5 конец варки

133

По полученным данным строят графики P = f(τ

) и t

= f(τ

На оси абсцисс откладывают время, на оси ординат – давление и

температуру (рис. 19, 20).

0 1 2 3 4

Длительность варки, ч

100

120

140

160

180

0 1 2 3 4

Длительность варки, ч

Рис. 19. Изменение температуры в

автоклаве при варке сульфатной

целлюлозы

Рис. 20. Изменение давления в авто-

клаве при варке сульфатной

целлюлозы

В случае необходимости контроля щелока в процессе варки, он от-

бирается через нижний вентиль (11) автоклава с обязательным использо-

ванием системы, включающей холодильник, подводящие трубы, приемник

для щелока.

По истечении заданного времени варки электрический обогрев пре-

кращают. Затем снимают термометр и осторожно открывают сдувочный

кран для снижения в автоклаве давления до нуля по показаниям манометра

и до полного прекращения выделения продуктов сдувки. После этого гайку

скобы отворачивают на величину 2…3 ниток нарезки и приподнимают

слегка крышку рукояткой гаечного ключа. Убедившись, что избыточное

давление в автоклаве отсутствует, отворачивают гайку полностью и сни-

мают скобу и крышку.

134

Из автоклава вынимают металлический прижимной груз, и с помо-

щью специального захвата вынимают стакан со сваренной массой и пере-

носят в устройство для промывки и сортирования (сцежу). Затем автоклав

и крышку тщательно промывают водой. Целлюлозу из стакана аккуратно

вымывают струей воды в сцежу.

Сцежа представляет собой деревянный или металлический ящик с

сетчатым дном. Для сортирования и промывки целлюлозы обычно приме-

няют набор из двух сцеж, вставленных одна в другую. Нижняя сцежа

обычно имеет сетку №40-50. Верхняя сцежа имеет сито с диаметром от-

верстий 4 – 10 мм.

Массу, подлежащую промывке и сортированию, переносят в сцежу с

крупными отверстиями и размывают сильной струей воды из резинового

шланга, а затем разминают вручную до тех пор, пока на верхней сетке ос-

танутся лишь сучки и непровар. Целлюлоза при этом проходит через верх-

нее сито и собирается в сцеже на сетке.

Закончив сортирование, целлюлозу и непровар отжимают возможно

сильнее. Целлюлозу раздергивают на небольшие кусочки, хорошо пере-

мешивают и взвешивают на технических весах (Ц

). Одновременно берут

навеску 5…10 г целлюлозы для определения ее сухости. Эту навеску вы-

сушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре

105 °C или экспресс-методом на сушильной горке контактной сушкой.

Рассчитывают коэффициент сухости (К

СУХ

) целлюлозы после высушива-

ния навески до постоянного веса.

Пусть влажной навески взято - 5 г (Н

После высушивания абс. сух. навески - 1,2 г (Н

Коэффициент сухости составит

СУХ

= Н

/ Н

= 1,2 / 5 = 0,24.

По коэффициенту сухости определяют массу абс.сух.целлюлозы, Ц

Ц = Ц

· K

СУХ

, г.

Непровар следует после пятикратного выщелачивания горячей водой

высушить до абсолютно сухого состояния. В отдельных случаях в расчет

принимают сухость непровара 0,15…0,20.

135

По полученным данным рассчитывают в процентах от массы абсо-

лютно сухой щепы (Д), взятой на варку, выход целлюлозы, выход непрова-

ра, общий выход волокнистого материала.

Например: масса а.с. целлюлозы (сепарированной) - Ц.

Выход целлюлозы сепарированной в процентах

%. ,

100

⋅

Выход непровара в процентах

%. ,

100

непроварca

⋅

Общий выход

выход Ц, % + выход непровара, % = В, %.

В отчете по работе помещается задание на варку, рапорт варки, гра-

фики изменения температуры и давления в автоклаве, результаты опреде-

ления выхода продуктов, характеристики варочного раствора, древесины,

каталитических добавок.

15. АНАЛИЗ ЧЕРНОГО СУЛЬФАТНОГО ЩЕЛОКА

15.1.Определение плотности черного щелока

Цилиндр на 100 мл ставят в стакан емкостью 500 мл. В цилиндр на-

ливают 100 мл черного щелока и погружают ареометр так, чтобы черный

щелок перелился через край цилиндра вместе с пеной. Во избежание силь-

ного образования пены, щелок следует наливать по стенке цилиндра осто-

рожно. Температура щелока должна быть 20 °С.

Измерение проводится сразу же после варки до внесения в щелок ке-

росина, растекающегося по поверхности и предотвращающего окисление

щелока воздухом.

136

15.2. Определение общей щелочности

25 мл черного щелока наливают в воду, свободную от CO

(около

10 мл) и находящуюся в мерной колбе емкостью 250 мл, затем доводят во-

дой до метки. В коническую колбу наливают 100 мл воды и приливают

1 мл разбавленного щелока. Титруют 0,1 н раствором соляной кислоты с

индикатором метилоранжем до перехода окраски из желтой в оранжево-

желтую (a мл 0,1 н HCl). При данном определении обязательно нужно при-

готовить 2 свидетеля. Один свидетель – нетитрованный раствор с индика-

тором. Второй свидетель – перетитрованный раствор. Общую щелочность

рассчитывают следующим образом:

1000250004,0

⋅

, г/л в ед. NaOH.

15.3. Определение эффективной щелочности и сульфида

натрия

В мерную колбу на 100 мл наливают 50 мл горячей воды, затем при-

ливают по каплям 10 мл черного щелока и осаждают карбонаты и органи-

ческие соли 15 мл горячего раствора хлористого бария, насыщенного на

холоду.

После охлаждения и разбавления водой до 100 мл содержимое колбы

перемешивают. Из осветленной жидкости отбирают 10 мл, помещают в

коническую колбу, содержащую 100 мл воды, освобожденной от CO

, и

титруют 0,1 н раствором соляной кислоты с индикатором фенолфталеином

до обесцвечивания (a мл 0,1 н HCl), соответствующего содержанию (NaOH

S).

К 10 мл 0,1 н раствора йода приливают 15 мл 1 н раствора соляной

кислоты и 10 мл отстоявшейся жидкости. Избыток йода титруют 0,1 н рас-

твором тиосульфата натрия с индикатором крахмалом (b мл 0,1 н раствора

Вычисляют содержание эффективной щелочи в черном щелоке:

1000100004,0

⋅

, г/л Na

S в ед. NaOH.

137

Содержание сульфида натрия в черном щелоке:

10001000039,0)10(

⋅

−

SNa , г/л в ед. Na

S = (10 – b) · 3,9 · 0,41, г/л в ед. S.

15.4.Определение содержания тиосульфата и сульфита

натрия

25 мл черного щелока вносят пипеткой в мерную колбу на 250 мл

(щелок вытекает из пипетки, закрепленной на штативе, не менее 5 мин.).

Добавляют 15 мл глицерина и осаждают сульфид и большую часть органи-

ческих веществ, добавляя свежеприготовленную суспензию углекислого

цинка. Затем в колбу добавляют воду до

объема, содержимое колбы пе-

ремешивают встряхиванием и оставляют до полного осаждения взвесей.

Каплю осветленной жидкости вносят с помощью стеклянной палоч-

ки в небольшое количество раствора уксуснокислого свинца для проверки

полноты осаждения. Если при этом образуется осадок, в колбу прибавляют

углекислый цинк и снова проверяют полноту осаждения. Разбавляют про-

бу водой до 250 мл в мерной колбе и дают выпасть осадку.

25 мл осветленной жидкости вносят в коническую колбу, содержа-

щую 100 г льда или холодной воды, или окружают колбу водой со снегом,

смешанным с хлористым натрием, добавляют раствор крахмала и уксус-

ную кислоту (разбавленную 1:5) для подкисления до pH 7, быстро титруют

0,1 н раствором I

(a мл 0,1 н I

). Ко вторым 25 мл раствора, также в при-

сутствии охлаждающего реагента, добавляют 5 мл формалина. Через 5 ми-

нут добавляют к пробе крахмал и уксусную кислоту и оттитровывают тио-

сульфат 0,1 н раствором йода (b мл 0,1 н I

Обычно содержание тиосульфата, так же как и сульфида натрия, по-

лучается несколько завышенное в результате влияния восстанавливающих

органических соединений, остающихся в осветленном растворе черного

щелока.

138

Содержание сульфита натрия:

(a – b) · 0,0063 · 400 – Na

, г/л в ед. Na

;

(a – b) · 0,0063 · 400 · 0,26 – Na

, в ед. S.

Содержание тиосульфата натрия:

b · 0,0158 · 400 – Na

, г/л в ед. Na

;

b · 0,0158 · 400 · 0,4 – Na

, г/л в ед. S.

Определение pH черного щелока и содержание полисульфидов про-

водится аналогично определениям тех же величин в белом щелоке.

Примечание. Все определения в щелоках следует проводить в те-

чение одного дня.

15.5. Определение сульфида натрия в черном щелоке

методом потенциометрического титрования

Определение содержания сульфида натрия в черном щелоке методом

потенциометрического титрования выполняется по методике (13.2.4.). От-

личие состоит в том, что для титрования берут 10 мл черного щелока вме-

сто 1 мл белого или зеленого щелока. Кроме того, для предотвращения

коагуляции органических веществ на электродах к пробе раствора перед

титрованием добавляют небольшое количество этилового спирта.

15.6.Определение общей серы

Навеску черного щелока (50…120 мг), завернутую в беззольный

фильтр, помещают в платиновую корзинку, прикрепленную к крючку

стеклянной пробки от литровой конической колбы со шлифом, и сжигают

в колбе, наполненной кислородом. В случае трудносжигаемых веществ для

улучшения горения в пробу черного щелока добавляют небольшое количе-

ство сахарозы и кусочек полиэтиленовой пленки.

Для сжигания образца применяют термостойкую колбу со шлифом, в

которую предварительно вносят 50 мл 1%-й перекиси водорода. В откры-

тую колбу в течение 2 мин пропускают кислород, подводя его близко к по-

верхности жидкости.

Поджигают свободный кончик фильтра, быстро закрывают стеклян-

ной пробкой колбу и дают сгореть. При горении сера, содержащаяся в на-

139

веске, сгорает, образуя белый туман, который при энергичном встряхива-

нии колбы растворяется в перекиси водорода. Встряхивание необходимо

производить до полного растворения образовавшегося тумана.

Полученный раствор количественно переносят в коническую колбу

для титрования емкостью 100 мл. Раствор упаривают до объема 5…10 мл.

Упаренный раствор охлаждают, подкисляют 2…3 мл 1 н HCl до pH 1, а за-

тем добавляют 35 мл этилового спирта или ацетона, 2…3 капли 0,2 %-го

раствора индикатора нитхромазо и титруют 0,2 н раствором хлористого

бария. При этом происходит переход окраски раствора к концу титрования

из фиолетовой в сине-голубую.

Расчет содержания общей серы:

%, ,

100

⋅

где S - содержание серы, %;

v - объем 0,2 н раствора хлористого бария, пошедшего на титрование,

мл;

T - титр раствора хлористого бария, г/мл;

B - навеска вещества, г.

16. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОГО ЩЕЛОКА

Черный щелок натронной и сульфатной варки практически имеет

одинаковые физические свойства, но порода древесины, степень делигни-

фикации, условия варки, расход активной щелочи оказывают заметное

влияние на физические свойства черного щелока [5].

При точных расчетах применяют данные измерения плотности, по-

лученные в заводских или исследовательских лабораториях. Средние дан-

ные многих предприятий представлены в табл. 29 и в [1].