- •ЛАБОРАТОРНЫЙ
- •ПРАКТИКУМ
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
- •ПОЛУФАБРИКАТЫ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
- •Определение степени помола
- •Определение фракционного состава
- •Определение объемной массы
- •Общие сведения о процессе сульфитной варки и составе варочного раствора
- •Приготовление и анализ кислоты
- •Проведение варки
- •Анализ отработанного щелока
- •Приготовление и анализ зеленого щелока
- •Получение и анализ белого щелока для сульфатной и натронной варок
- •Проведение сульфатной варки
- •Анализ черного щелока
- •Основные свойства отбеливающих реагентов
- •Общие сведения о процессе отбелки
- •Приготовление и анализ реагентов для отбелки
- •Проведение отбелки
- •ПРОИЗВОДСТВО БУМАГИ
- •Анализ канифоли
- •Приготовление и анализ канифольного клея
- •Анализ сернокислого алюминия
- •Анализ каолиновой суспензии
- •Анализ красителей
шивание его с белым щелоком. При этом, как правило, оста точная активная щелочь черного щелока не учитывается.
В процессе сульфатной варки требуется выполнение тех же
правил |
техники безопасности, что и при сульфитной варке. |
||
Однако |
нужно учитывать |
особенности |
сульфатной варки, |
так как |
она осуществляется |
при более |
высоких температуре |
идавлении.
Впериод заварки, т. е. в процессе подъема температуры до 120—130 °С, проводят первую так называемую терпентинную
сдувку в течение нескольких хминут, при этом из автоклава уда ляются воздух и летучие органические продукты (терпены, ме танол и др.).
По истечении заданного времени варки отключают обогрев и проводят конечную сдувку до достижения давления в авто клаве до 0,2—0,3 МПа. С этого момента можно начинать от бирать щелок из автоклава через нижний штуцер, подсоеди ненный к холодильнику. Одновременно продолжают вести сдувку через верхний штуцер. Спуск давления из автоклава производят до полного прекращения выделения продуктов сдувки, снижения температуры до 100 °С и давления до атмо сферного. Только после этого можно вынимать термометр и снимать крышку автоклава. Все записи в рабочем журнале, выгрузку массы из автоклава, промывку и сортирование цел люлозы осуществляют как и при сульфитной варке. Получен ная целлюлоза подвергается испытаниям, аналогично как при сульфитной варке.
Анализ черного щелока
По своему химическому составу черный щелок представляет собой сложную смесь органических и неорганических веществ. В неорганической части щелока обычно определяют содержа ние общей, эффективной и активной щелочи, сульфида, едкого натра, сульфата и других компонентов.
Состав черного щелока при длительном хранении изме няется. В щелочной среде идут процессы окисления кислородом воздуха неорганических серусодержащих соединений, лигнина и других веществ щелока. Поэтому анализ следует проводить сразу же после его отбора из автоклава. Для анализа необхо димо использовать воду, не содержащую углекислоту.
В неорганической части черного щелока обычно определяют содержание общей и активной щелочи.
При определении общей щелочи находят сумму едкого натра, сульфида натрия, соды, органических солей натрия и V2 сульфита. Для анализа берут 10 мл щелока, помещают в не большую фарфоровую чашку и нейтрализуют концентрирован ной соляной кислотой. Нейтрализованную пробу выпаривают досуха на водяной бане и остаток прокаливают в муфеле при5
5 Заказ № 166 |
65 |
температуре |
500—600 °С до |
серого |
оттенка. |
При этом |
все сое |
|||
динения натрия, за исключением |
сульфата |
натрия, |
переходят |
|||||
в |
хлористый натрий. Остаток после прокаливания |
растворяют |
||||||
в |
горячей |
воде. Раствор |
фильтруют |
от |
нерастворившегося |
|||
осадка, а осадок рромывают до отсутствия |
ионов С1_ |
(проба |
||||||
с |
азотнокислым серебром). |
Фильтрат |
и промывные |
воды со |
бирают в мерную колбу объемом 200—250 мл (V\). Раствор в колбе охлаждают и доводят до метки. Затем отбирают пи петкой 10 мл этого раствора и титруют 0,1 н. раствором азот нокислого серебра в присутствии 2—3 капель хромовокислого
калия до перехода лимонно-желтой окраски |
в апельсиново |
||||
желтую (Кг). |
|
|
|
|
|
Общую щелочность вычисляют по формуле |
|
|
|||
|
X = V 2K |
KilOOO |
Т, |
|
|
|
ю ю |
|
|
||
где X — общая |
щелочь в единицах Na20, г/л; |
|
|
||
V\ — общий |
объем фильтрата и промывных вод, мл; |
||||
К2 — расход |
на титрование |
азотнокислого |
серебра, |
мл; |
|
К — нормальность раствора |
азотнокислого |
серебра; |
|
||
Т — титр 1 |
н. раствора Na20, равен 0,031. |
|
|
||
Содержание активной щелочи в черном щелоке определяют |
|||||
следующим образом. В мерную |
колбу |
вместимостью |
100 мл |
||
наливают около |
50 мл горячей |
дистиллированной воды, туда |
же прибавляют из пипетки 10 мл щелока, около 15 мл насы щенного раствора хлористого бария и перемешивают. Затем содержимое колбы охлаждают до комнатной, температуры и до водят дистиллированной водой до метки. После осаждения осадка отбирают пипеткой 10 мл осветленного раствора и тит руют в присутствии фенолфталеина 0,1 н. раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски.
Содержание активной |
щелочи рассчитывают по формуле |
||
Л — |
V7C100 |
юоо |
^ |
ю |
ю |
1’ |
где X — содержание активной щелочи в единицах Na20, г/л; V — расход кислоты на титрование, мл;
К — нормальность кислоты;
Т — титр 1 н. раствора Na20, равен 0,031.
§ 4. ОТБЕЛКА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Основная цель процесса отбелки целлюлозы заключается
впридании ей стабильного белого цвета за счет освобождения
ееот остаточного лигнина, присутствующих в ней различных окрашивающих веществ, а также путем их обесцвечивания. Поэтому отбелка целлюлозы, проведенная в специальных усло
виях, повышает ее химическую чистоту и позволяет использо вать целлюлозу для химической переработки.
Для отбелки применяются различные белящие реагенты, из которых Наиболее важное значение имеют хлор, гипохлориты кальция и натрия, двуокись хлора и перекиси натрия и водо рода. В последнее время все шире начинает применяться отбелка с использованием кислорода. Кислородная отбелка про изводится в щелочной среде. По сравнению с другими спосо бами этот способ имеет ряд существенных преимуществ: умень шение химических потерь волокна при отбелке; более полное удаление смолистых веществ; значительное снижение токсич ности и общего объема сточных вод за счет снижения общего расхода хлора на отбелку на 70—80 %; улучшение санитарногигиенических условий труда и высокая экономическая эффек тивность.
Основные свойства отбеливающих реагентов
Важным реагентом для отбелки все еще является хлор ;и его соединения, содержащие так называемый активный хлор, т. е. хлор, который принимает участие в процессе отбелки.
Окислительная активность различных соединений хлора может быть представлена следующей схемой:
хлорная вода |
|
С12 + Н20 — 2НС1 + 0 |
|
|
||
хлорноватистая кислота |
|
|
НСЮ — НС1 4 -0 |
|
|
|
гипохлорит натрия |
|
|
NaOCl— NaCl + О |
|
|
|
хлористая кислота |
|
|
НС102 — НС1 + 20 |
|
|
|
двуокись хлора |
СЮ2 + 0.5Н2О — НС1 + 2,50 |
|
||||
хлорноватая кислота |
|
|
НСЮ3 — НС1 + 3 0 |
|
|
|
Из приведенной схемы |
видно, |
что 1 г-моль |
хлора и |
|||
1 г-моль хлорноватистой кислоты |
эквивалентны Ь г-экв |
актив |
||||
ного хлора, а |
1 г-моль двуокиси |
хлора и хлорноватой |
кислоты |
|||
соответственно |
эквивалентны 2,5 |
и 3 г-экв активного хлора. |
||||
Учитывая молекулярные массы хлора и двуокиси хлора, по |
||||||
лучается, что 1 г СЮ2 эквивалентен |
2,63 г активного |
хлора |
||||
|
2,5 |
71,0 |
2,63. |
|
|
|
|
67,5 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Элементарный хлор при нормальных условиях представляет собой газ оранжево-желтого цвета с резким запахом, очень токсичен. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в зоне рабочих помещений не более 0,001 мг/л.
Хлор сравнительно мало растворим в воде. Его раствори мость в воде, как и других газов, зависит от температуры. С увеличением температуры растворимость значительно умень шается. Например, предельная растворимость хлора в воде при нормальном давлении составляет: при 10 °С — 9,97; 20 °С — 7,29; 30 °С — 7,72 г/л.
В воде хлор гидролизуется по уравнению
С12+ Н 20 й Н С 1 0 + НС1.
Степень гидролиза возрастает при повышении температуры раствора и. понижении его концентрации. Гидролиз зависит также от pH среды. С повышением кислотности равновесие сдвигается в сторону образования элементарного хлора.
Применяемые для отбелки^ гипохлориты кальция или нат рия в водных растворах также подвергаются гидролизу по уравнению
О С Г + Н20 ^ 0 Н -+ Н С 1 0 .
Из уравнения видно, что раствор гипохлорита содержит свободную хлорноватистую кислоту и ионы ОН- , которые со общают раствору щелочную реакцию и обусловливают ему ус тойчивость от саморазложения.
Хлорноватистая кислота неустойчива и легко разлагается по уравнению
НС10 — Н С1+0.
Выделение кислорода обусловливает окислительные реак ции при отбелке гипохлоритами. Степень гидролиза гипохло ритов зависит от температуры, концентрации раствора и от pH среды. Состав раствора гипохлорита изменяется соответст венно pH раствора. При pH равном 2 и ниже, в растворе ги похлорита в основном содержится молекулярный хлор; при pH, равном 4—б, в растворе имеется небольшое количество хлорно ватистой кислоты и при pH, равном 9 и выше, в основном при сутствует гипохлорит.
Таким образом, окислительное действие растворов гипо хлоритов связано преимущественно с присутствием в них хлор новатистой кислоты, обладающей окислительной способностью.
Для получения высококачественной целлюлозы отбелку ги похлоритами следует вести в щелочной среде. Практически pH поддерживают на уровне 9—10. При этом в растворе присут ствуют в основном гипохлорит и небольшое количество хлорно ватистой кислоты.
Отбелка в кислой среде протекает значительно быстрее, но приводит к повышенной деструкции целлюлозы, что снижает ее качество. Для повышения качества беленой целлюлозы в по следнее время гипохлориты полностью или частично заменяют двуокисью хлора или хлоритами.
Двуокись хлора (СЮг) при нормальных условиях представ ляет собой желтовато-бурый газ с резким запахом, еще более токсичный, чем хлор. Двуокись хлора растворяется в воде не сколько лучше, чем хлор. При высокой температуре в газовой фазе СЮ2 способен разлагаться со взрывом по реакции
2С102 — С12 + 202.
Взрывоопасность усиливается в присутствии органических ве ществ.
В водном растворе двуокись хлора довольно устойчива даже при повышенной температуре, гидролизуется в присутствии ка тализаторов и разлагается при этом на хлор и соляную кис лоту.
Двуокись хлора проявляет свойства окислителя. Окисли тельная способность С102 зависит от pH среды; в кислой среде она используется до конца
С102+ 4 Н + + 5 е — С Г + 2 Н 20,
в щелочной среде лишь частично, так как двуокись хлора при этом восстанавливается только до хлорита. Хлориты при от белке действуют аналогично двуокиси. Для получения эффекта отбелки их подвергают активации (например, кислотой, хло ром или гипохлоритом), в итоге образуется двуокись хлора. Активность двуокиси хлора как окислителя в 2,5 раза выше, чем хлора.
Для отбелки целлюлозы и древесной массы применяются также различные перекисные соединения — перекиси водорода и натрия. Техническая перекись водорода поступает на заводы в виде водных растворов, содержащих от 30 до 60 % Н20 2. Хи мически чистая Н20 2 обладает высокой стабильностью, но в техническом продукте всегда присутствует в незначительных количествах некоторые примеси, вызывающие ее каталитиче ское разложение. Для стабилизации растворов перекиси водо рода добавляют силикат натрия, соли магния и др.
Диссоциация перекиси водорода выражается следующим уравнением:
н2о2^ н ++ног.
Установлено, что ион НО^Т (гидропероксильный ион) является активным белящим реагентом. Процесс образования этих ионов усиливается с повышением pH среды. Поэтому и отбелку следует вести в щелочной среде.
Перекись водорода может разлагаться на воду и атомарный кислород, который также может участвовать в отбелке:
Н202^ Н 20 + 0.
Применяемая для отбелки перекись натрия в чистом виде представляет белый порошок, но технический продукт часто имеет слабо-желтую окраску, обусловленную примесью надперекиси Na02. Хранится перекись натрия в герметически за крытой таре и в прохладном месте, отдельно от воспламеняю щихся материалов. Перекись натрия воспламеняется при соприкосновении с органическими веществами, например дере вом, маслом, бумагой.