Теория и факторы каустизации

Состав зеленого щелока.

ЛЕКЦИЯ № КАУСТИЗАЦИЯ ЗЕЛЕНОГО ЩЕЛОКА

План лекции:

1.Состав зеленого щелока.

2.Теория и факторы каустизации.

3.Техника каустизации.

Целью процесса каустизации является получение чистого, горячего белого щелока, содержащего минимум неактивных для варочного процесса реагентов. Количество белого щелока зависит от расхода активной (эффективной) щелочи и составляет примерно 3…4 м³/т целлюлозы, а производительность отдела каустизации зависит также от производительности варочного цеха и может достигать 8000…10000 м³/сутки.

Зеленый щелок, получаемый при растворении плава, имеет следующий состав:

Компонент	Концентрация, г Na2O/л
Na2CO3	80-100
Na2 S	30-35
Na2SO4	3-6
NaOH	5-20
Другие растворенные вещества	5-10
Взвешенные вещества	0,6-1,5

Сода, сульфид натрия, сульфат натрия поступают в зеленый щелок с плавом из СРК, гидроксид натрия – со слабым белым щелоком, используемым для растворения плава. Концентрация общей титруемой щелочи обычно составляет от 110 до 140 г Na₂O/л. Как правило, концентрация общей титруемой щелочи в зеленом щелоке не должна быть выше 135-140 г/л, так как повышенная плотность зеленого щелока в этом случае может затруднить осаждение шлама зеленого щелока. В следующей таблице приведены физические свойства зеленого щелока:

Температура, ^0С	80-100
Плотность, кг/л	1,12-1,20
Вязкость, спз (при 90^0С)	0,90
Теплоемкость, кдж/кг•^0К	3,3-3,8

Поскольку часть белого щелока рециркулирует в виде слабого белого щелока в растворитель плава, объемное соотношение между зеленым и белым щелоком в процессе каустизации обычно составляет 1.05…1.25 м³ зеленого щелока на 1 м³ белого щелока.

Главным компонентом зеленого щелока является неактивный при сульфатной варке карбонат натрия, который в процессе каустизации превращают в гидроксид натрия. В процесс каустизации имеют место две последовательные реакции: гашения и каустизации. Обе эти реакции протекают в твердой фазе гетерогенной смеси зеленого щелока и извести.

При смешении зеленого щелока с оксидом кальция, СаО гасится водой и образует Са(ОН)₂. Гидроксид кальция взаимодействует с карбонатом натрия с образованием гидроксида натрия и карбоната кальция.

Реакция гашения оксида кальция является экзотермической реакцией:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 65 кдж/моль

Реакция гашения протекает довольно быстро при повышенной температуре зеленого щелока и извести. Реакция каустизации начинается практически одновременно с реакцией гашения, которая протекает примерно за 10…30 минут в зависимости от качества извести. Температура оказывает основное влияние на скорость реакции. При температуре ниже 70⁰С скорость реакции гашения значительно ниже по сравнению с обычной температурой близкой к 100⁰С. На практике, вся известь, способная гаситься, будет реагировать с водой.

Реакция каустизации представляет собой равновесную (обратимую) реакцию:

Ca(OH)₂ (s) + Na₂CO₃ (aq) ↔ 2 NaOH (aq)+ CaCO₃ (s)

Гидроксид кальция и карбонат кальция являются мало растворимыми соединениями и участвуют в реакции как твердые вещества. Равновесие реакции достигается, когда в смеси еще присутствуют реагирующие вещества. Концентрация общей титруемой щелочи будет определять равновесный состав. При увеличении концентрации общей щелочи равновесие реакции будет сдвигаться в сторону образования исходных продуктов. В разбавленном растворе равновесие будет сдвигаться в сторону образования продуктов реакции, что приводит к увеличению эффективности каустизации (рис.1), но приводит к получению слабого белого щелока. На практике используют зеленый щелок с концентрацией общей щелочи 110…120 г/л. что позволяет получить белый щелок с концентрацией активной щелочи порядка 100 г/л. Для белого щелока с концентрацией общей щелочи 125…130 г/л эффективность каустизации составляет 80…82 %.

Равновесная эффективность каустизации является функцией концентрации общей щелочи при различных уровнях сульфидности (рис.2). С увеличение сульфидности степень каустизации при одной и той же концентрации общей щелочи, снижается.

Реакция каустизации протекает между твердыми и растворенными веществами и зависит от скорости диффузии реагирующих частиц. Это медленная реакция, требующая 1.0…1.5 часов для завершения с получением белого щелока с требуемыми показателями. Если продолжительность реакции будет меньше, то будет оставаться избыток не прореагировавшего гидроксида кальция, который будет находиться в известковом шламе, что приведет к ухудшению фильтруемости или обезвоживания последнего.

На рис. 3 приведена зависимость эфективности (степени) каустизации от качества извести, оцениваемом по активной реакционной поверхности в м² на 1 г извести. Кроме того, качество извести определяется содержанием в ней активного СаО (не менее 75…80%) и содержанием примесей. Содержание оксида магния не должно превышать 2 %, так как оксид магния не каустизирует раствор соды, и снижает степень каустизации.

На рис.4 – влияние температуры на эффективность каустизации. При снижении температуры ниже оптимума (93…100⁰С) реакция каустизации замедляется. Подогревается реакционная смесь в зависимости от свойств извести. Хорошо гасящаяся известь развивает высокую температуру за счет тепла экзотермической реакции и требует меньшего расхода пара для поддержания оптимальной температуры каустизации.

Химическое равновесие определяется соотношением гидроксида и карбоната натрия и выражается как эффективность или степень каустизации.

СЕ = NaOH/(NaOH + Na₂CO₃)

Степень каустизации, а, следовательно, концентрация гидроксида натрия в белом щелоке, могут варьироваться только в пределах, ограниченных составом зеленого щелока. Расход извести на каустизацию вычисляют по соотношению молекулярных масс в соответствии с уравнением реакции каустизации.

ММ Na₂CO₃ = 106

ММ CaO = 56

На 1 кг соды требуется 56/106 = 0.528 кг СаО

Баланс щелочи и серы на заводе и степень восстановления в СРК определяют количество сульфида в соотношении к общей щелочи. Соотношение сульфида натрия и гидроксида натрия, обычно выражаемое как сульфидность, может, поэтому изменяться при изменении степени каустизации.

Дата добавления: 2014-01-04