1 Анализ щелоков сульфатной варки 3

Содержание

1 АНАЛИЗ ЩЕЛОКОВ СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ 3

1.1 Анализ зеленого щелока 3

1.1.1 Определение общей щелочи 4

1.1.2 Определение активной щелочи 5

1.1.3 Вычисление содержания соды в зеленом щелоке 6

1.2 Определение расхода извести, необходимого для проведения

реакции каустизации 6

1.2.1 Определение содержания в извести активного оксида кальция 6

1.2.2 Расчет расхода извести, необходимого для каустизации 7

1.3 Проведение процесса каустизации зеленого щелока 8

1.4 Анализ белого щелока 9

1.4.1 Определение содержания общей щелочи в белом щелоке 9

1.4.2 Определение содержания активной щелочи в белом щелоке 9

1.4.3 Определение содержания сульфида натрия 10

1.5 Анализ чёрного щелока 12

1.5.1 Определение содержания активной щелочи в черном щелоке 12

1.5.2 Определение содержания сухих веществ в черном щелоке 13

1.5.3 Определение содержания лигнина спектрофотометрическим 13

методом

1.6 Определение числа Каппа целлюлозы 16

2 производство сульфитной целлюлозы 19

2.1 Определение концентрации всего диоксида серы и свободного

диоксида серы йодометрическим методом 18

2.2 Определение содержания натриевого основания в кислоте 20

Список использованных источников 21

1 производство сульфатной целлюлозы

1.1 Анализ зеленого щелока

В зеленом щелоке, приготовленном в производственных условиях, следует определить содержание соды, что позволяет затем рассчитать требуемый расход извести на каустизацию. Содержание соды устанавливается по разнице между общей и активной щелочью.

1.1.1 Определение общей щелочи в зеленом щелоке

Определение общей щелочи производится путем титрования соляной кислотой.

Посуда и реактивы:

1) пипетка вместимостью 5 мл;

2) коническая колба вместимостью 250 мл;

3) мерный цилиндр на 50 мл;

4) индикатор метиловый оранжевый;

5) 1 н. раствор соляной кислоты.

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 соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Выполняют 2 параллельных определения.

По результатам титрования вычисляют содержание общей щелочи в граммах на литр в ед. по формуле:

, (1)

где - объём 1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование пробы, мл;

- поправка к титру 1 н. соляной кислоты;

1.1.2 Определение активной щелочи

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

Посуда и реактивы:

1) мерная колба вместимостью 100мл;

2) пипетки вместимостью 10, 20 мл;

3) коническая колба вместимостью 250 мл;

4) бюретка на 25 мл;

5) 1 н. раствор соляной кислоты;

6) 20 %-ный раствор хлористого бария;

7) индикатор метиловый оранжевый.

Для определения активной щелочи в мерную колбу вместимостью 100 мл вносят пипеткой 10 мл зеленого щелока, приливают 10 мл 20 %-ного раствора хлористого бария, доливают в колбу до метки дистиллированной воды, дают отстояться осадку или фильтруют 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 соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Выполняют 2 параллельных определения.

По результатам титрования вычисляют содержание активной щелочи в граммах на литр в ед. Na₂O:

, (2) где - объём 1 н. раствора соляной кислоты, пошедший на титрование пробы, мл;

- поправка к титру 1 н. соляной кислоты;

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.

Объем 1 н. раствора соляной кислоты (мл), соответствующий содержанию в 10 мл зеленого щелока соды, составляет:

(3)

Содержание соды в зеленом щелоке с учетом разбавления анализируемой пробы и объема отобранного для анализа раствора составляет (г/л в ед. Na₂СО₃):

(4)

1.2 Определение расхода извести, необходимого для проведения реакции каустизации

Расход извести, необходимый для каустизации, подсчитывается по уравнению

Na₂СО₃ + CaO + H₂O → 2NaOH + CaCO₃

Так как негашеная известь содержит ряд примесей (вода, карбонаты, оксиды) понижающие её активность, то в пробе извести определяют содержание активного оксида кальция.

1.2.1 Определение содержания в извести активного оксида кальция

Определение производится путём гашения извести водой и нейтрализации гидроксида кальция соляной кислотой.

Посуда и реактивы:

1) коническая колба вместимостью 250 мл;

2) технические весы с точностью взвешивания до 0,1г;

3) мерный цилиндр на 100 мл;

4) бюретка на 25 мл;

5) 1 н. раствор соляной кислоты;

6) индикатор фенолфталеин.

Навеску извести 0,5 г, вносят в коническую колбу и гасят приливанием 100 мл горячей дистиллированной воды. К полученной суспензии добавляют несколько капель фенолфталеина и титруют с выдержкой 1 н. раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски.

Содержание активного СаО рассчитывают по формуле, %:

, (5)

где - содержание активного оксида кальция в извести, %;

- объём 1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование пробы, мл;

- масса анализируемой пробы извести, г;

1.2.2 Расчет расхода извести, необходимого для каустизации

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

(6)

где теоретически необходимый расход активного оксида кальция, г;

содержание соды в зеленом щелоке, г/л;

объем зеленого щелока, взятого для каустизации, л;

содержание активного оксида кальция в извести, %;

1.3 Проведение процесса каустизации зеленого щелока

Посуда и реактивы:

1) фарфоровый стакан вместимостью 400-500 мл;

2) стеклянная палочка;

3) технические весы с точностью взвешивания до 0,1 г;

4) электроплитка;

5) термометр.

Заливают в фарфоровый стакан 250 мл зеленого щелока и нагревают на электроплитке до температуры 95-100 ˚С. Если зеленый щелок имеет высокую концентрацию взвешенных веществ, его необходимо предварительно отфильтровать. В нагретый щелок при осторожном перемешивании добавляют навеску извести. Размешивание ведут до конца процесса каустизации, поддерживая температуру смеси в указанных пределах, но, не допуская кипения. Уровень жидкости в стакане поддерживают постоянным. С этой целью при выкипании смеси в нее добавляют требуемый объем горячей воды.

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

1.4 Анализ белого щелока

1.4.1 Определение содержания общей щелочи в белом щелоке

Посуда и реактивы:

а) коническая колба вместимостью 250 мл;

б) пипетка вместимостью 5 мл;

в) цилиндр вместимостью 50-100 мл;

г) 1 н. раствор соляной кислоты;

д) метилоранж, фенолфталеин.

Концентрацию общей щелочи в белом щелоке определяют путем титрования точного объема щелока соляной кислотой.

В коническую колбу вместимостью 250 мл помещают 5 мл белого щелока, добавляют 50 мл воды, свободной от диоксида углерода (свежепрокипяченой), и титруют 1 н. раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина до обесцвечивания раствора (), оттитровывая 1/2(Na₂СО₃+ Na₂S) + NaOH, затем в присутствии метилоранжа – до появления розовой окраски (), оттитровывая 1/2Na₂СО₃+ 1/2Na₂S.

Общую титруемую щелочь (г Na₂О/л) определяют по формуле

(7)

где - объём 1 н. раствора соляной кислоты, пошедший на титрование смеси

NaOH + 1/2Na₂S + 1/2Na₂СО₃, мл;

- объём 1 н. раствора соляной кислоты, пошедший на титрование смеси

1/2Na₂S + 1/2Na₂СО₃, мл;

Для полученного образца

128,5 мл

1.4.2 Определение содержания активной щелочи в белом щелоке

Концентрацию активной щелочи в белом щелоке определяют титрованием объема белого щелока соляной кислотой после предварительного осаждения остаточного содержания карбоната и сульфата натрия хлоридом бария.

Посуда и реактивы:

а) коническая колба вместимостью 250 мл;

б) пипетки вместимостью 5 и 20 мл;

в) цилиндр на 5 мл;

г) мерная колба на 50 мл;

д) 1 н. раствор соляной кислоты;

е) 20 %-ный раствор хлористого бария;

ж) метилоранж.

Для определения содержания активной щелочи в мерную колбу вместимостью 50 мл вносят 5 мл белого щелока, приливают 2 мл 20 %-ного раствора хлорида бария, доливают до метки дистиллированной водой, свободной от диоксида углерода, взбалтывают содержимое колбы и дают отстояться (или фильтруют через плотный фильтр). Затем отбирают 20 мл прозрачной жидкости, содержащей 2 мл щёлока, и титруют 1 н. раствором соляной кислоты в присутствии метилоранжа.

Содержание активной щелочи (г Na₂О/л) вычисляют по формуле

, (8)

где - объём 1 н. раствора соляной кислоты, пошедший на титрование пробы, мл;

- поправка к 1 н. раствору соляной кислоты;

Для полученного образца

103,9 г/л

1.4.3 Определение содержания сульфида натрия

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

S^-2 + I₂ → S +2H⁺ + 2I

Избыток йода оттитровывают тиосульфатом:

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆

Посуда и реактивы:

а) коническая колба вместимостью 250 мл с пробкой;

б) цилиндр на 50 мл;

в) четыре пипетки вместимостью 5 мл;

г) 1 н. раствор йода;

д) 0,1 н. раствор тиосульфата натрия;

е) 1 %-ный раствор крахмала;

ж) 20 %-ный раствор серной кислоты.

В коническую колбу вместимостью 250 мл вносят пипеткой 5 мл 1 н. раствора йода, добавляют 5 мл 20%-ной серной кислоты, 30 мл воды и 5 мл белого щелока. Избыток йода оттитровывают 0,1 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

Содержание сульфида натрия в щелоке (г Na₂O/л) определяют по формуле

(9)

где К ₁ , К ₂ – поправочные коэффициенты к растворам йода и тиосульфата натрия;

V – объём 0,1 н. раствора тиосульфата, пошедший на титрование избытка йода, мл;

Для полученного образца

32,9 г/л

1.5 Анализ чёрного щелока

1.5.1 Определение содержания активной щелочи в черном щелоке

Содержание активной щелочи в черном щелоке определяется методом потенциометрического титрования аналогично титрованию активной щелочи в белом щелоке.

Приборы, посуда, реактивы:

1) пипетка вместимостью 10 мл;

2) стаканчик на 100-15- мл;

3) мерная колба вместимостью 50 мл;

4) цилиндр на 10-20 мл;

5) электроды ЭСЛ-41Г-05 и ЭВЛ-1МЗ;

6) магнитная мешалка, часовое стекло;

7) рН-метр;

8) 0,1 н. раствор соляной кислоты;

9) 0,1М раствор хлористого бария;

10) фенолфталеин;

11)1 н. серная кислота.

В мерную колбу помещают 10 мл воды, вносят пипеткой 10 мл щелока, 10 мл 0,1М раствора хлористого бария, перемешивают, отстаивают и каплю осветленной жидкости наносят на часовое стекло, добавляют каплю серной кислоты. Если жидкость при этом не мутнеет, в мерную колбу добавляют еще 2-4 мл 0,1М раствора хлористого бария и вновь проверяют после отстаивания полноту осаждения.

После достижения избытка хлористого бария содержимое колбы доводят дистиллированной водой до метки, хорошо перемешивают и фильтруют через плотный фильтр.

В стакан вместимостью 100-150 мл переносят 10 мл фильтрата, добавляют дистиллированную воду, свободную от СО₂, титруют потенциометрически0,1 н. раствором соляной кислоты до рН=3,5.

По результатам титрования на график наносят кривые потенциометрического титрования и определяют объем соляной кислоты, пошедшей на титрование до рН=8,1.

Содержание активной щелочи определяют по формуле:

1.5.2 Определение содержания сухих веществ в черном щелоке

Приборы и посуда:

1) аналитические весы с точностью взвешивания до 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, помещают в бюкс, высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы, взвешивают, остужают.

Затем на фильтр равномерно распределяют из пипетки 1 мл черного щелока, помещают в сушильный шкаф и высушивают, доводя до постоянной массы. Содержание сухих веществ в черном щелоке рассчитывают по формуле, г/л:

где

m₁- масса фильтра со щелоком, г; m₁- масса фильтра, г; V – объем щелока, мл.

1.5.3 Определение содержания лигнина спектрофотометрическим методом

Определение сульфатного лигнина в черном щелоке основано на том, что в присутствии феррицианида калия сульфатный лигнин образует окрашенный комплекс. Интенсивность окраски комплекса пропорциональна концентрации лигнина в фотометрируемом растворе. Окрашенный комплекс является малопрочным соединением, поэтому для проведения анализа необходим избыток феррицианида калия. В щелочной среде происходит разрушение комплекса. Для выполнения анализа оптимальным является рН=9-11,5.

Посуда, приборы, реактивы:

1) мерные колбы на 25 мл (2 шт);

2) пипетки вместимостью 2 и 1 мл;

3) фотоэлектроколориметр;

4) кюветы шириной 1 см;

5) 0,1 н. раствор феррицианида калия.

В мерную колбу на 25 мл вносят 2 мл черного щелока и доводят объем до метки дистиллированной водой, затем 1 мл разбавленного раствора черного щелока вносят в другую колбу и доводят объем до метки 0,1 н. раствором феррицианида калия. Содержимое колбы перемешивают и фотометрируют на фотоэлектрометре при выбранной длине волны. Фотометрирование ведут относительно раствора феррицианида.

Концентрацию лигнина определяют по градуировочному графику, построенному заранее по растворам сульфатного лигнина с известной концентрацией.

λ=590нм; Ð=0,36; с=158 мг/л в растворе.

Пересчитываем на черный щелок:

Сравнительная таблица.

Показатель	Зеленый щелок	Белый щелок	Черный щелок
Общая щелочь	116,9	126,5	-
Активная щелочь	62,0	103,9	18,91
Сульфидность	-	32,9	-
Сод. лигнина, г/л	-	-	49,4
Сухие вещества, %	-	-	21,0

1.6 Определение числа Каппа целлюлозы

Число Каппа выражается количеством миллилитров 0,1 н. раствора перманганата калия, расходуемый на обработку 1 г абсолютно сухой целлюлозы.

Посуда и реактивы:

а) гомогенизатор;

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

в) стакан на 1000 мл;

г) секундомер;

д) 0,1 н. раствор перманганата калия;

е) 0,2 н. раствор тиосульфата натрия;

ж) 4 н. раствор серной кислоты;

и) 1,0 М раствор йодистого калия;

к) 0,4 %-ный раствор крахмала.

Берём навеску воздушно-сухой целлюлозы с точностью до 0,0001 г. с таким расчётом, чтобы расход раствора перманганата калия составлял примерно 50 % от взятого на реакцию. Влажность целлюлозы определяют заранее.

Подготовленную навеску разбиваем в 270 мл дистиллированной воды электромешалкой до исчезновения комочков. После чего массу переносим в стакан на 1000 мл. Сосуд ополаскиваем 100 мл дистиллированной воды, которую также выливаем в реакционный стакан.

Пробу размешиваем мешалкой и одновременно приливаем смесь 50 мл 0,1 н. раствора перманганата калия (пипеткой) и 50 мл серной кислоты (цилиндром), предварительно отмеренные в стакан. Ополаскиваем стаканчик из-под реакционной смеси 30 мл дистиллированной воды. Общий объем жидкости в реакционном стакане должен составлять 500 мл. В момент добавления реакционной смеси включаем секундомер. Время реакции 10 минут. Через 5 минут после начала реакции в стакане замеряем температуру.

Через 10 минут в реакционный стакан добавляем 10 мл 1 М йодистого калия для прекращения реакции окисления лигнина. Не прекращая перемешивание, выделившийся йод титруем 0,2 н. раствором тиосульфата натрия (Na₂S₂О₃) до соломенного цвета. Затем добавляем 5-10 капель крахмала и титруем до обесцвечивания смеси.

Параллельно определяем расход 0,2 н. тиосульфата натрия на титрование холостой пробы. Для этого в реакционный стакан наливаем 370 мл дистиллированной воды и смесь, состоящую из 25 мл 0,1 н. раствора перманганата калия, 25 мл дистиллированной воды, 50 мл 4 н. серной кислоты, предварительно отмеренных в стакан. Стакан ополаскиваем 30 мл воды. Затем добавляем 10 мл 1 М раствора йодистого калия и при непрерывном перемешивании оттитровываем йод 0,2 н. раствором тиосульфата натрия. Температура реакции при титровании холостой пробы 25 ˚С.

Степень делигнификации вычисляем по формуле

,

где - коэффициент пересчёта на 50 %-ный расход перманганата калия, зависящий от величины ;

- навеска абсолютно сухой целлюлозы, г;

- температура реакционной смеси, ˚С;

- объём 0,1 н. раствора перманганата калия, мл;

,

где н – нормальность раствора;

-объем 0,2 н. раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование холостой пробы, мл;

,

где a – объем 0,2 н. раствора тиосульфата, теоретически необходимого для титрования 50 мл 0,1 н. раствора перманганата калия;

b - объем 0,2 н. раствора тиосульфата, пошедший на титрование холостой пробы;

- объем 0,2 н. раствора тиосульфата, пошедший на титрование анализируемой пробы, мл;

2 производство сульфитной целлюлозы

2.1 Определение концентрации всего диоксида серы и свободного диоксида серы йодометрическим методом

Определение всего диоксида серы основан на способности йода окислять в водных растворах сернистый ангидрид, содержащийся в них в виде бисульфита и растворенного в воде молекулярного диоксида серы в серную кислоту:

SO₂ + 2H₂O + J₂ = Н₂SО₄ + 2НJ

Na₂SО₃ + H₂O + J₂ =2НJ + Na₂SО₄

Определение свободного диоксида серы заключается в титровании пробы щелочью в присутствии метилового красного. Пробу предварительно оттитровываем йодом для определения концентрации всего диоксида серы. Так как объём йодистоводородной кислоты эквивалентен объему израсходованного при титровании 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 диоксида серы_.

Посуда и реактивы:

а) колба вместимостью 150-200 мл;

б) пипетка вместимостью 1 мл;

в) 0,1 н. раствор йода;

г) 0,1 н. раствор тиосульфата натрия (для обесцвечивания);

д)0,1 н. раствор едкого натра;

е) 1 %-ный раствор крахмала;

ж) метиловый красный.

Для определения в кислоте концентрации всего диоксида серы в коническую колбу наливаем около 100 мл воды. Затем туда же приливаем 0,1 н. раствор йода в количестве 2/3 объема, который должен израсходоваться на титрование. После этого в смесь вводим 1 мл анализируемой кислоты таким образом, чтобы кончик пипетки был погружен в жидкость. Затем добавляем 0,5-1,0 мл раствора крахмала и быстро титруем смесь раствором йода до появления синей окраски.

Для определения приблизительного объема раствора йода, необходимого для титрования, первым проводим пробное титрование, а затем опыт повторяем еще 2 раза.

Концентрацию всего диоксида серы в кислоте в процентах рассчитываем по формуле

, (11)

где 0,0032 - масса сернистого ангидрида, эквивалентная 1 мл 0,1 н. раствора йода, г;

объем 0,1 н. раствора йода, израсходованный на титрование, мл.

%

При определении содержания в кислоте свободного диоксида серы к такой же пробе, в которой определяли содержание всего диоксида серы, по окончании титрования пробы йодом прибавляем 1-2 капли 0,1 н. раствора тиосульфата натрия до обесцвечивания раствора и, прилив к обесцвеченной пробе несколько капель метилового красного, титруем ее 0,1 н. раствором едкого натра до перехода красного цвета в соломенно-желтый.

Концентрацию свободного диоксида серы в процентах рассчитываем по формуле

, (12)

где объем 0,1 н. раствора йода, израсходованного на титрование при определении всего SO₂, мл;

объем 0,1 н. раствора едкого натра, израсходованного на титрование, мл.

%

2.2 Определение содержания натриевого основания в кислоте

Метод основан на удалении из кислоты растворенного диоксида серы 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 ее в течении 2-3 минут. Затем добавляют 1 мл исследуемой кислоты и кипятят в течение 5 минут для удаления растворенного диоксида серы. Затем после охлаждения титруют бисульфит 0,1 н. раствором йода в присутствии крахмала до синего окрашивания.

Концентрацию Na₂O вычисляют по формуле

Где V – объем 0,1 н. раствора йода, израсходованный на титрование, мл.

г/л

Список использованных источников

1. Комарова Г.В., Миловидова Л.А. Производство сульфатной целлюлозы. Методические указания к выполнению лабораторных работ. – Архангельск: Издательство АГТУ, 2001. – 31 с.

2. Комарова Г.В., Миловидова Л.А., Прокшин Г.Ф. Производство сульфитной целлюлозы. Методические указания к выполнению лабораторных работ. – Архангельск: РИО АГТУ, 1996. – 42 с.

Дата добавления: 2015-10-21