1. Анализ щелоков сульфатной варки 5

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

Содержание

1. АНАЛИЗ ЩЕЛОКОВ СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ 5

1.1. Анализ зеленого щелока 6

1.1.1. Определение общей щелочи в зеленом щелоке 6

1.1.2. Определение активной щелочи в зеленом щелоке 7

1.1.3. Вычисление содержания карбоната натрия в зеленом щелоке 8

1.2. Определение расхода извести, необходимого для проведения реакции каустизации 9

1.2.1. Определение содержания активного оксида кальция в извести 9

1.2.2. Расчет расхода извести, необходимого для каустизации 10

1.3. Проведение процесса каустизации зеленого щелока 10

1.3.1. Определение общей щелочи в белом щелоке 11

1.3.2. Определение активной щелочи в белом щелоке 11

1.3.3. Определение сульфида натрия в белом щелоке 12

1.4. Анализ белого щелока 13

1.4.1. Определение общей щелочи в белом щелоке 13

1.4.2. Определение активной щелочи в белом щелоке 14

1.4.3. Определение сульфида натрия в белом щелоке 14

1.5. Анализ черного щелока 16

1.5.1. Определение активной щелочи в черном щелоке 16

1.5.2. Определение сухих веществ в черном щелоке 17

2. АНАЛИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ 19

2.1 Определение числа Каппа целлюлозы 19

3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ КИСЛОТЫ ДЛЯ СУЛЬФИТНОЙ ВАРКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ 22

3.1. Приготовление кислоты в лабораторных условиях 24

3.2. Анализ сырой и варочной кислот 25

3.2.1. Определение концентрации всего SO₂и свободного SO₂йодометричеким методом 25

3.2.2. Определение содержания натриевого основания в кислоте (модифицированный метод Буренина) 27

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 29

1. АНАЛИЗ ЩЕЛОКОВ СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ

В качестве варочного реагента для щелочных варок используют белый щелок, активными компонентами которого являются гидроксид натрия NaOH и сульфид натрия Na₂S. Содержание в щелоке NaOH и Na₂S называют активной щелочью. Состав белого щелока может быть охарактеризован как термином «активная щелочь», так и термином «эффективная щелочь» - NaOH + 1/2Na₂S. Кроме этих соединений, в белом щелоке присутствуют карбонат натрия Na₂CO₃, сульфат натрия Na₂SO₄, тиосульфат натрия Na₂S₂O₃. Все соли натрия, содержащиеся в белом щелоке и титруемые кислотой, называют общей щелочью. Присутствие в белом щелоке солей натрия (кроме сульфида) обусловлено неполнотой протекания реакции каустизации в каустизационном отделе и реакций восстановления при работе содорегенерационного котла.

Так как соединений натрия в белом щелоке много, для выражения количественной характеристики (концентрации) применяют единицы Na₂O или единицы NaOH. Содержание компонентов щелока можно определить путем пересчета через эквиваленты.

Суммарное количество активной щелочи, выраженное в единицах Na₂O и отнесенное к массе абсолютно сухой щепы, называют расходом активной щелочи на варку. Расход активной щелочи на варку определяется свойствами древесины и качеством получаемого волокнистого полуфабриката. Обычно он составляет 14…23 % в ед. Na₂O (18…30 % в ед. NaOH).

Концентрация активной щелочи в белом щелоке в производственных условиях обычно составляет 95…110 г/л в ед. Na₂O.

Белый щелок готовят путем каустизации зеленого щелока, который получают растворением в воде плава – продукта сжигания и озоления отработанного (черного) щелока.

Основными компонентами зеленого щелока являются карбонат натрия (Na₂CO₃) и сульфид натрия (Na₂S). Сода составляет 50…60 % от общей массы всех компонентов, входящих в состав зеленого щелока. Кроме того, в зеленом щелоке в незначительном количестве также могут присутствовать гидроксид натрия, сульфит натрия и другие натриевые соли.

Карбонат натрия является малоактивным химическим соединением, поэтому его необходимо превратить в один из главных активных компонентов – гидроксид натрия. Процесс превращения Na₂CO₃ в NaOH называют процессом каустизации.

Процесс каустизации осуществляют негашеной известью (CaO) при температуре 80…100 ⁰С и непрерывном перемешивании. В результате реакции между Na₂CO₃ и CaO большая часть соды превращается в NaOH.

1.1 Анализ зеленого щелока

1.1.1 Определение общей щелочи в зеленом щелоке

Посуда и реактивы:

1) коническая колба вместимостью 250 мл;

2) мерный цилиндр на 50 мл;

3) пипетка вместимостью 5 мл;

4) бюретка на 25 мл;

5) 1 н. раствор соляной кислоты (HCl);

6) индикатор метиловый оранжевый.

В коническую колбу вместимостью 250 мл, в которую предварительно налито около 50 мл дистиллированной воды, вносят пипеткой 5 мл зеленого щелока, добавляют несколько капель индикатора метилового оранжевого и быстро титруют из бюретки 1 н. раствором HCl до перехода желтой окраски в розовую. Выполняют два параллельных определения.

V₁(HCl) = 17,2 мл

V₁(HCl) = 17,3 мл

V_1ср.(HCl) = 17,25 мл

Содержание общей щелочи рассчитывают по формуле, г/л в ед. Na₂O,

, (1)

где V₁ – объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование, мл, V_1ср.= 17,25 мл; K – поправка к титру 1 н. раствора HCl, K = 1

= 106,95 г/л в ед. Na₂O

1.1.2 Определение активной щелочи в зеленом щелоке

Для определения активной щелочи из щелока выводят карбонат натрия путем осаждения его хлористым барием (BaCl₂).

В мерную колбу вместимостью 100 мл вносят пипеткой 10 мл зеленого щелока, приливают 10 мл 20 %-ного раствора BaCl₂, доливают в колбу до метки дистиллированной воды, дают отстояться осадку или фильтруют его через плотный фильтр.

Затем отбирают пипеткой 20 мл фильтрата в коническую колбу на 250 мл, добавляют несколько капель метилового оранжевого и титруют из бюретки 1 н. раствором HCl до перехода желтой окраски в розовую. Выполняют два параллельных определения.

V₂ = 3,6 мл

V₂ = 3,7 мл

V_{2 ср.}= 3,65 мл

Содержание активной щелочи рассчитывают по формуле, г/л в ед. Na₂O,

(2)

где V₂ – объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование, мл, V_{2 ср.}= 3,65 мл; K – поправка к титру 1 н. раствора HCl, K = 1

г/л в ед. Na₂O

1.1.3 Вычисление содержания карбоната натрия в зеленом щелоке

По содержанию общей и активной щелочи в зеленом щелоке можно рассчитать содержание в нем карбоната натрия (Na₂CO₃).

Объем 1 н. раствора HCl, соответствующий содержанию соды в 10 мл зеленого щелока, составляет, мл,

(3)

где V₁ – объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование при определении содержания общей щелочи в зеленом щелоке, мл, V_{1 ср.}= 17,25 мл; V₂ – объем 1 н. Раствора HCl, пошедший на титрование при определении активной щелочи в зеленом щелоке, мл, V_{2 ср.}= 3,65 мл.

мл

Содержание карбоната натрия в зеленом щелоке с учетом разбавления анализируемой пробы и объема отобранного для анализа раствора, г/л в ед. Na₂CO₃,

(4)

г/л в ед. Na₂CO₃

1.2 Определение расхода извести, необходимого для проведения реакции каустизации

Расход извести (CaO), необходимый для каустизации зеленого щелока, рассчитывают по уравнению

Na₂CO₃+ CaO + H₂O 2NaOH + CaCO₃

Так как негашеная известь содержит ряд примесей (вода, карбонаты, оксиды), понижающих ее активность, то в пробе извести необходимо определить содержание активного оксида кальция.

1.2.1 Определение содержания активного оксида кальция в извести

Определение содержания активного оксида кальция (CaO) производят путем гашения извести водой и нейтрализации гидроксида кальция соляной кислотой.

Навеску извести 0,5г, взятую на технических весах, вносят в коническую колбу и гасят горячей дистиллированной водой в количестве 100 мл (цилиндром). К полученной суспензии добавляют несколько капель фенолфталеина и титруют с выдержкой 1 н. раствором HCl до исчезновения розовой окраски.

Содержание активного CaO рассчитывают по формуле, %,

, (5)

где V – объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование, мл, V = 13,0 мл; m – масса анализируемой пробы извести, г, m = 0,6755 г.

1.2.2. Расчет расхода извести, необходимого для каустизации

Расчет необходимого количества извести проводят исходя из предположения, что реакция каустизации проходит до конца. При этом условии (в соответствии со стехиометрическим уравнением) на 1 часть Na₂CO₃ требуется 0,53 части активного CaO. Тогда теоретический расход извести может быть рассчитан по формуле, г,

(6)

где С – содержание соды в зеленом щелоке, г/л, С = 86,125 г/л; V – объем зеленого щелока, взятого для каустизации, л, V = 250 мл; P – содержание активного CaO в извести, %, P = 53,886 %.

1.3 Проведение процесса каустизации зеленого щелока

В фарфоровый стакан вместимостью 400…500 мл заливают 250 мл (0,25 л) зеленого щелока и нагревают на электроплитке до температуры 95…100 ⁰С. Если зеленый щелок имеет высокую концентрацию взвешенных частиц, его необходимо предварительно отфильтровать. В нагретый щелок при осторожном перемешивании добавляют предварительно рассчитанную и взвешенную навеску извести (G). Размешивание ведут до конца процесса каустизации, поддерживая температуру в указанных пределах, но, не допуская кипения. Уровень жидкости в стакане поддерживают постоянным, добавляя по необходимости горячую воду.

Процесс каустизации ведут 1…1,5 ч, после чего дают отстояться полученному белому щелоку или отфильтровывают его и проводят анализ.

Анализ белого щелока (наш)

1.3.1 Определение общей щелочи в белом щелоке

Определение общей щелочи производят путем титрования точного объема белого щелока раствором соляной кислоты (HCl).

V₁(HCl) = 17,1 мл

V₁ (HCl) = 17,1 мл

V_1ср. (HCl) = 17,1 мл

V₂(HCl) = 7,0 мл

V₂ (HCl) = 7,0 мл

V_2ср. (HCl) = 7,0 мл

Содержание общей титруемой щелочи рассчитывают по формуле, г/л в ед. Na₂O,

, (7)

где V₁ – объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование смеси 1/2 Na₂CO₃ +1/2 Na₂S + NaOH, мл, V_{1 ср.} = 17,1 мл; V₂– объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование смеси 1/2 Na₂CO₃ + 1/2 Na₂S, мл, V_{2 ср.} = 7,0 мл; K – поправка к титру 1 н. раствора HCl, K = 1

г/л в ед. Na₂O

1.3.2 Определение активной щелочи в белом щелоке

Для определения активной щелочи из щелока выводят карбонат натрия и сульфат натрия путем осаждения хлористым барием (BaCl₂).

V₃ = 7,9 мл

V₃ = 8,1 мл

V_{3 ср.} = 8,0 мл

Содержание активной щелочи рассчитывают по формуле, г/л в ед. Na₂O,

(8)

где V₃ – объем раствора HCl, пошедший на титрование, мл, V_{3 ср.} = 8,0 мл; K – поправка к титру 1 н. раствора HCl, K = 1

г/л в ед. Na₂O

1.3.3 Определение сульфида натрия в белом щелоке

Метод йодометрического титрования сульфида основан на способности сульфид-иона (S^2-) окисляться в кислой среде йодом до элементарной серы. Для уменьшения потерь серы в виде сероводорода (H₂S), образующегося в кислой среде, определение ведут методом обратного титрования:

S^2- + I₂ S + 2H⁺ + 2I

Избыток йода оттитровывают тиосульфатом натрия (Na₂S₂O₃):

I₂ + 2 Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆

В коническую колбу вместимостью 250 мл вносят пипеткой 5 мл 1 н. раствора I₂ и 5 мл раствора 20 %-ной H₂SO₄, цилиндром 30 мл дистиллированной воды и пипеткой 2 мл белого щелока, добавляют 5…10 капель крахмала. Избыток выделившегося йода оттитровывают 0,1 н. раствором Na₂S₂O₃ до обесцвечивания раствора. Выполняют два параллельных определения.

V = 18,35 мл

Содержание сульфида натрия в щелоке определяют по формуле, г/л в ед. Na₂O,

(9)

где V – объем 0,1 н. раствора Na₂S₂O₃, пошедшего на титрование избытка йода, мл, V = 18,35 мл; К₁ – поправочный коэффициент к титру 1 н. раствора I₂, К₁=1; К₂ – поправочный коэффициент к титру 0,1 н. раствора Na₂S₂O₃, К₂=1.

г/л в ед. Na₂O

1.4 Анализ белого щелока

1.4.1 Определение общей щелочи в белом щелоке

V₁(HCl) = 14,1 мл

V₁ (HCl) = 14,1 мл

V_1ср. (HCl) = 14,1 мл

V₂(HCl) = 3,0 мл

V₂ (HCl) = 3,0 мл

V_2ср. (HCl) = 3,0 мл

Содержание общей титруемой щелочи рассчитывают по формуле, г/л в ед. Na₂O,

, (10)

где V₁ – объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование смеси 1/2 Na₂CO₃ +1/2 Na₂S + NaOH, мл, V_{1 ср.} = 14,1 мл; V₂– объем 1 н. раствора HCl, пошедший на титрование смеси 1/2 Na₂CO₃ + 1/2 Na₂S, мл, V_{2 ср.} = 3,0 мл; K – поправка к титру 1 н. раствора HCl, K = 1

г/л в ед. Na₂O

1.4.2 Определение активной щелочи в белом щелоке

V₃ = 5,9 мл

V_{3 ср.} = 5,9 мл

Содержание активной щелочи рассчитывают по формуле, г/л в ед. Na₂O,

(11)

где V₃ – объем раствора HCl, пошедший на титрование, мл, V_{3 ср.} = 5,9 мл; K – поправка к титру 1 н. раствора HCl, K = 1

г/л в ед. Na₂O

1.4.3 Определение сульфида натрия в белом щелоке

S^2- + I₂ S + 2H⁺ + 2I

Избыток йода оттитровывают тиосульфатом натрия (Na₂S₂O₃):

I₂ + 2 Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆

V = 26,4 мл

Содержание сульфида натрия в щелоке определяют по формуле, г/л в ед. Na₂O,

(12)

где V – объем 0,1 н. раствора Na₂S₂O₃, пошедшего на титрование избытка йода, мл, V = 26,4 мл; К₁ – поправочный коэффициент к титру 1 н. раствора I₂, К₁=1; К₂ – поправочный коэффициент к титру 0,1 н. раствора Na₂S₂O₃, К₂=1.

г/л в ед. Na₂O

После определения концентраций общей, активной щелочи и сульфида натрия можно рассчитать содержание гидроксида натрия и карбоната натрия в белом щелоке, г/л в ед. Na₂O:

г Na₂O /л

1.5 Анализ черного щелока

1.5.1 Определение активной щелочи в черном щелоке

Концентрацию активной щелочи определяют путем титрования щелока соляной кислотой после предварительного осаждения сульфата натрия и карбоната натрия хлористым барием (BaCl₂).

В мерную колбу вместимостью 100 мл наливают 50 мл горячей дистиллированной воды (замеренной цилиндром), прибавляют из пипетки 10 мл черного щелока, около 15 мл раствора BaCl₂ и перемешивают. Затем содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры и аккуратно, во избежание пенообразования, доводят до метки дистиллированной водой. После осаждения осадка отбирают пипеткой 10 мл осветленного раствора в коническую колбу и титруют 0,1 н. раствором HCl в присутствии фенолфталеина до исчезновения розовой окраски. Выполняют два параллельных определения.

V₁ = 1,0 мл

V_1ср. = 1,0 мл

Содержание активной щелочи (1 мл 1 н. раствора HCl соответствует 0,031 г Na₂O) рассчитывают по формуле, г/л в ед. Na₂O,

(13)

где V – объем 0,1 н. раствора HCl, пошедший на титрование, мл, V_1ср. = 1,0 мл; K = поправка к титру 0,1 н. раствора HCl, K = 1.

г/л в ед. Na₂O

1.5.2 Определение сухих веществ в черном щелоке

Приборы и посуда:

1) аналитические весы с точностью взвешивания 0,0001 г;

2) стеклянный бюкс;

3) сушильный шкаф

4) пипетка на 1 мл;

5) фильтровальная бумага;

Для определения содержания сухих веществ в черном щелоке берут плотный фильтр диаметром 100 мм или из фильтровальной бумаги вырезают полоску размером 50 50 мм, помещают в бюкс и высушивают в сушильном шкафу при температуре (105 3) ⁰С в течение 30 мин до постоянной массы, затем охлаждают в эксикаторе 10 мин и взвешивают.

Затем на фильтр равномерно распределяют из пипетки 0,8…1,0 мл черного щелока. Бумажный фильтр помещают в сушильный шкаф, подсушивают и взвешивают через каждые 15 мин, доводя фильтр до постоянной массы. Выполняют два параллельных определения.

m_ф1 = 0,7003

m_ф2 = 0,6991

m_ф3 = 0,6809

m_{ф1 со щелоком} = 0,8912

m_{ф2 со щелоком} = 0,8801

m_{ф3 со щелоком} = 0,8858

m_ф1^/= 0,1909

m_ф2^/= 0,1810

m_ф3^/= 0,2049

m_фср.^/= 0,1923

V₁ = 1мл

Содержание сухих веществ в черном щелоке рассчитывают по формуле, г/л,

(14)

где m _фср.^/– средняя масса фильтра, г, m _фср.^/= 0,1923 г; V – объем щелока, мл, V = 1 мл.

г/л

2. АНАЛИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

2.1 Определение числа Каппа целлюлозы

Определение числа Каппа, показывающего содержание остаточного лигнина в целлюлозе, перманганатным способом основано на нахождении расхода перманганата калия при обработке целлюлозы (полуцеллюлозы). Число Каппа выражается количеством миллилитров 0,1 н. раствора KMnO₄, расходуемого на обработку 1 г абсолютно сухой целлюлозы в течение 10 мин.

Приборы, посуда, реактивы:

1) гомогенизатор;

2) мешалка с частотой вращения 800…1000 мин^-1;

3) секундомер;

4) мерные цилиндры вместимостью 500, 50 мл;

5) стакан на 1000 мл;

6) пипетки вместимостью 50, 25, 10 мл;

7) бюретка на 25 мл;

8) химический стакан на 150…200 мл;

9) 0,1 н. раствор перманганата калия (KMnO₄);

10) 0,2 н. раствор тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃);

11) 4 н. раствор серной кислоты (H₂SO₄);

12) 1 М раствор йодистого калия (KI);

13) 0,4 %-ный раствор крахмала.

Навеску воздушно-сухой целлюлозы (1,0…10,0 г) берут с точностью до 0,0001 г с таким расчетом, чтобы расход раствора KMnO₄ составлял примерно 50 % от взятого на реакцию. Массу навески рассчитывают в зависимости от содержания лигнина. Влажность целлюлозы определяют заранее.

Подготовленную навеску разбивают в 270 мл дистиллированной воды в гомогенизаторе до исчезновения комочков. Затем массу переносят в стакан на 1000 мл. Сосуд споласкивают 100 мл дистиллированной воды, которую также выливают в реакционный стакан.

Реакционный стакан устанавливают на магнитную мешалку. Пробу тщательно размешивают и приливают реакционную смесь – 50 мл 0,1 н. раствора KMnO₄ (пипеткой) и 50 мл 4 н. раствора H₂SO₄ (цилиндром), предварительно отмеренные в стаканчик. В момент добавления реакционной смеси в стакан с анализируемой пробой целлюлозы включают секундомер. Стаканчик из под реакционной смеси споласкивают 30 мл дистиллированной воды, которую выливают в реакционный стакан. Общий объем жидкости в реакционном стакане должен составлять 500 мл. Глубина воронки при перемешивании 25 мм. Время проведения реакции 10 мин. Через 5 мин после начала реакции в стакане замеряют температуру.

Через 10 мин в реакционный стакан добавляют 10 мл 1 М раствора KI, чтобы остановить реакции окисления лигнина. Не прекращая перемешивания, выделившийся йод оттитровывают из бюретки 0,2 н. раствором Na₂S₂O₃ до соломенного цвета. Затем добавляют 5…10 капель крахмала и титруют по каплям до обесцвечивания.

Параллельно определяют расход 0,2 н. раствора Na₂S₂O₃ на титрование холостой пробы. Для этого в реакционный стакан наливают 370 мл дистиллированной воды и смесь, состоящую из 25 мл 0,1 н. раствора KMnO₄ (пипеткой), 25 мл дистиллированной воды и смесь, состоящую из 25 мл 0,1 н. раствора KMnO₄ (пипеткой), 25 мл дистиллированной воды и 50 мл 4 н. раствора H₂SO₄ (цилиндром), предварительно отмеренных в стаканчик, и размешивают мешалкой. Стаканчик споласкивают 30 мл дистиллированной воды. Общий объем смеси также составляет 500 мл. Затем добавляют 10 мл 1 М раствора KI и, не прекращая перемешивания, оттитровывают выделившейся йод 0,2 н. раствором Na₂S₂O₃. Температура реакции при титровании холостой пробы должна быть 25 ⁰С. Выполняют два параллельных определения. Разница между полученными результатами не должна превышать 1 %.

Степень делигнификации (число Каппа) вычисляют по формуле

(15)

где V – объем 0,1 н. раствора KMnO₄, мл,

(16)

н – нормальность раствора Na₂S₂O₃, н = 0,2; V₁ – рассчитанный объем раствора Na₂S₂O₃, пошедший на титрование холостой пробы, мл,

(17)

- объем 0,2 н. раствора Na₂S₂O₃, теоретически необходимый для титрования 50 мл 0,1 н. раствора KMnO₄, = 25 мл; b – объем 0,2 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование холостой пробы, мл, b = 13,0 мл; V₂ – объем 0,2 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование анализируемой пробы, мл, V₂ = 13,5 мл; d – коэффициент пересчета на 50 %-ный расход KMnO₄, зависящий от V, d = 0,996; m – навеска абсолютно сухой целлюлозы, г, m = 1,963488 г; t – температура реакционной смеси, ⁰С, t = 20 ⁰C.

мл

3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ КИСЛОТЫ ДЛЯ СУЛЬФИТНОЙ ВАРКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ.

Использование различных оснований дает возможность варьировать сульфитный варочный процесс. Сульфитные варочные процессы подразделяются следующим образом.

1. Сульфитная (кислая сульфитная) варка: проводится при pH 1,5- 3,0; варочный раствор содержит бисульфиты и избыток растворенного SO₂; принимается любое основание (кальциевое, магниевое, натриевое, аммониевое).

2. Бисульфитная варка: проводится при pH 3 – 5; варочный раствор содержит бисульфиты натрия, магния и аммония.

3. Многосульфитная варка: проводится при pH 7 – 10; варочный раствор содержит сульфиты и бисульфиты натрия и аммония.

4. Ступенчатые варки с различными комбинациями ступеней.

Для характеристики состава кислоты пользуются показателями содержания всего SO₂, свободного SO₂, связанного SO₂ и основания, выраженного в процентах.

Состав кислоты может быть выражен следующей схемой:

Свободный SO₂

В целлюлозном производстве обычно используется кислота с концентрацией всего SO₂5 – 10 %, основания 0,8 – 1,3 %. Для бисульфитных варок. В зависимости от вида получаемой целлюлозы, варочный реагент может содержать 4- 7 % всего SO₂(для получения нормально проваренной целлюлозы) и 2,5 – 4,0 % (для получения целлюлозы высокого выхода).

Состав варочной кислоты является одним из важнейших факторов, влияющих на ход процесса пропитки и варки, а так же на качественные показатели целлюлозы и свойства отработанного щелока. С повышением содержания в кислоте свободного SO₂ускоряется пропитка щепы, а также процессы сульфирования и растворения лигнина, так как концентрация ионов водорода Н⁺ в варочном растворе увеличивается. Высокое содержание свободного SO₂ в кислоте позволяет либо понизить конечную температуру варки и этим улучшить показатели качества целлюлозы, либо, не изменяя конечной температуры, сократить продолжительность варки без ухудшения качества целлюлозы.

При повышении содержания связанного SO₂в кислоте увеличивается концентрация ионов НSО₃^-, что способствует более полному сульфированию лигнина и ослабляет его инактивацию. При этом понижается концентрация ионов водорода, увеличивается буферность варочного раствора, вследствие чего уменьшается скорость сульфирования, замедляется гидролиз лигнин-лигнинных или лигнин-углеводных связей. Одновременно снижается скорость гидролиза гемицеллюлоз и ослабляется деструктирующее действие варочного раствора на целлюлозу. Повышение содержания основания в кислоте приводит к увеличению выхода целлюлозы, повышению её вязкости и механических показателей. В то же время понижается содержание реагирующих веществ (РВ) в щелоке вследствие уменьшения интенсивности гидролиза углеводов и усиления реакции окисления сахаров в альдоновые кислоты. В зависимости от требований к качеству вырабатываемой целлюлозы и технических условий варки применяют варочную кислоту с концентрацией связанного SO₂от 0,8 до 1,3 %.

3.1. Приготовление кислоты в лабораторных условиях.

Для приготовления кислоты применяют газообразный SO₂, CaO, MgO, NaOH, Na₂CO₃, NH₄OH.

Необходимое количество извести или другого основания определяют расчетом в соответствии с составом и требующимся объемом кислоты. Например, нужно приготовить 3 л кислоты, содержащей 7 % всего SO₂ и 1 % Na₂O. В данном случае масса SO₂в кислоте

3000 * 0,07 = 210 г

а масса Na₂O

3000 * 0,01 = 30 г

Если кислоту готовят на натриевом основании, то для получения кислоты вышеприведенного состава необходимая масса NaOH составит

30 * 1,29 = 38,7 г,

где 1,29 – коэффициент перевода единиц Na₂O в единицы NaOH.

Объем воды для приготовления кислоты вычисляют следующим образом

3000-210-38,7 = 2751,3 мл

Для приготовления заданного объема кислоты на растворимом основании готовят необходимые объемы растворов едкого натра, кальцинированной соды, аммиака нужной концентрации. Концентрацию приготовленных растворов проверяют титрованием соляной кислотой. На титрование берут 5 – 10 мл раствора, добавляют 2-3 капли метилоранжа и титруют 1 н. раствором соляной кислоты. Убедившись, что концентрация основания в растворе соответствует заданной, производят его насыщение сернистым ангидридом. При использовании для приготовления кислоты нерастворимых оснований (CaO, MgO) рассчитанную навеску извести или гидроксида магния помещают в бутыль, используемую в качестве абсорбента, приливают необходимый объем воды, закрывают резиновой пробкой, через которую пропущены стеклянные трубки, присоединяют бутыль к баллону (Рисунок 1) и пропускают из баллона газ.

Через 30-40 мин. После пуска газа отбирают пробу кислоты для анализа на содержание всего SO₂. Анализ повторяют через каждые 15-20 мин.до тех пор, пока концентрация SO₂в приготовленной кислоте не будет доведена до заданного значения. В готовой кислоте определяют концентрацию всего SO₂, свободного SO₂, связанного SO₂и основания.

Рисунок 1 – Схема установки для приготовления варочной кислоты: 1 – баллон с жидким SO₂; 2 – промежуточная склянка; 3 – абсорбер (бутыль вместимостью 4- 5л); 4 – дополнительный абсорбер для улавливания непоглотившегося SO₂.

3.2. Анализ сырой и варочной кислот.

3.2.1. Определение концентрации всего SO₂и свободного SO₂йодометричеким методом.

Определение всего SO₂основано на способности йода окислять в водных растворах сернистый ангидрид, содержащийся в них в виде бисульфита и растворенного в воде молекулярного SO₂, в серную кислоту.

SO₂ + 2Н₂О + I₂ = Н₂SO₄+ 2НI

Na₂SO₃ + I₂ +H₂O = 2НI + Na₂SO₄

Определение всего SO₂заключается в титровании пробы щелочью в присутствии метилового красного. Проба предварительно оттитровывается йодом для определения концентрации всего SO₂. Так как объем йодистоводородной кислоты эквивалентен объему израсходованного на титрования йода, то разность между объемами 0,1 н. раствора едкого натра и 0,1 н. раствора йодистоводородной кислоты соответствует объему щелочи, израсходованному на нейтрализацию серной кислоты, которая образовалась в результате окисления свободного SO₂.

Посуда и реактивы:

1) коническая колба вместимостью 150-200 мл;

2) пипетка вместимостью 1 мл;

3) йод, 0,1 н. раствор;

4) натрия тиосульфат,0,1 н. раствор (для обесцвечивания);

5) едкий натр 0,1 н. раствор;

6) крахмал, 1%-й раствор;

7) индикатор метиловый красный.

Для определения в кислоте концентрации всего SO₂ в коническую колбу наливают около 100 мл воды. Затем туда же приливают 0,1 н. раствор йода в количестве 2/3 объема, который должен израсходоваться на титрование. После этого в смесь вводят 1 мл анализируемой кислоты таким образом. Чтобы кончик пипетки был погружен в жидкость. Затем добавляют 0,5 – 1,0 мл раствора крахмала и быстро титруют смесь раствором йода до появления синей окраски.

Для определения приблизительного объема раствора йода, необходимого для титрования, первым проводят пробное титрование, а затем опыт повторяют ещё два раза.

Концентрацию всего SO₂ в кислоте в процентах рассчитывают по формуле

, (18)

0,0032 – масса сернистого ангидрида, эквивалентная 1 мл 0,1 н. раствора йода, г; V₁– объем 0,1н. раствора йода, израсходованный на титрование, мл, V₁=16,5 мл.

мл

При определении содержания в кислоте свободного SO₂ к той же пробе. В которой определили содержание всего SO₂, по окончании титрования пробы йодом прибавляют 1 – 2 капли 0,1 н. раствора тиосульфата натрия до обесцвечивания раствора и, прилив к обесцвеченной пробе несколько капель метилового красного, титруют ее 0,1 н. раствором едкого натра до перехода красного цвета в соломенно-желтый.

Концентрацию свободного SO₂в процентах рассчитывают по формуле

, (19)

V₁ - объем 0,1 н. раствора йода, израсходованный на титрование при определении всего SO₂, мл, V₁=16,5 мл; V₂ – объем 0,1 н. раствора едкого натра, израсходованный на титрование, мл, V₂=11,8 мл.

мл

3.2.2. Определение содержания натриевого основания в кислоте (модифицированный метод Буренина)

Метод основан на удалении из кислоты растворенного SO₂ кипячением.

Аппаратура и реактивы:

1) коническая колба вместимостью 150-200 мл;

2) электроплитка;

3) йод, 0,1 н. раствор.

4) индикатор крахмал.

В коническую колбу помещают 90 мл дистиллированной воды, кипятят её в течение 2-3 мин. на электроплитке. Затем добавляют 1 мл исследуемой кислоты, помещают колбу снова на электроплитку и кипятят содержимое в течение 5 минут для удаления растворенного SO₂. Затем после охлаждения титруют бисульфит 0,1 н. раствором йода в присутствии крахмала до синего окрашивания.

Концентрацию Na₂O вычисляют по формуле

, (20)

V – объем 0,1 н. раствора йода, израсходованный на титрование, мл, V=5,8 мл.

мл

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гусакова, М.А. Лабораторный практикум по технологии ЦБП / сост. М.А. Гусакова, Ю.В. Севастьянова, М.А. Холмова, Е.О. Окулова. – Архангельск Арханг. Гос. Техн. Ун-т, 2009. – 82 с.

Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 264 | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция	\|	следующая лекция ==>
но, щетка для чистки ведра и губка. Весь комплект должен быть подобран в одном цвете. К комплекту прилагаются вазы различной величины и формы. 5 страница	\|	Параметры педагогического мониторинга

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.084 сек.)