2. Подготовка щелока к упариванию

Подготовка щелока к упариванию включает следующие операции:

1. Фильтрация черного щелока

2. Выделение и сбор сульфатного мыла.

3. Окисление черного щелока.

Фильтрация черного щелока.

Наличие мелкого волокна ухудшает процесс упаривания. В щелоке, подаваемом на упаривание содержание волокна не должно превышать

10 мг/л. Для удаления мелкого волокна используют наклонные сетки или барабанные фильтры с волокнистым подслоем из длинного волокна.

Выделение и сбор сульфатного мыла.

В процессе сульфатной варки смоляные и жирные кислоты взаимодействуют с гидроксидом натрия и превращаются в натриевые соли жирных и смоляных кислот (мыла). В процессе охлаждения и отстаивания черного щелока мыла коагулирируют, и в виде пенистого слоя всплывают на поверхность щелока.

Содержание мыла зависит от вида используемого сырья. При использовании в качестве сырья сосновой древесины количество мыла составляет 100-130 кг/т сырья; еловой – 20-30 кг/т сырья, а лиственной – менее 10 кг/т сырья. Для увеличения выхода мыла применяют предварительное его укрепление полуупаренным черным щелоком. После отстаивания сульфатное мыло снимают с поверхности щелока и направляют на переработку.

Окисление черного щелока.

В щелоке содержится непрореагировавший сульфид натрия, который при упаривании может превращаться в сероводород и улетать в атмосферу, что приводит к потерям серы и загрязению атмосферы. Кроме того в процессе упаривания могут улетучиваться метилсульфид, меркаптан и другие летучие дурнопахнущие вещества. В целях сокращения потерь серы, а также перевода дурнопахнущих летучих соединений в менее летучие, щелок подвергают окислению кислородом воздуха. При этом идут следующие реакции:

2Na₂S + 2O₂ + H₂O = 2NaOH +Na₂S₂O₃

Na₂S₂O₃+O₂=Na₂SO₄

4CH₃SNa + O₂ +H₂O = 2CH₃S₂CH₃ + 4NaOH

В результате потери серы уменьшаются в 3-4 раза, в конденсате выпарной установки уменьшается концентрация дурнопахнущих веществ, и его можно использовать в качестве технической воды.

3.Упаривание черного щелока.

На сжигание можно подавать щелок с концентрацией не менее 50-55% по сухим веществам. Поэтому щелок необходимо предварительно упариваить. Упаривание черного щелока проводят в выпарных батареях, содержащих 5-6 аппаратов (2-3 аппарата работают под давлением, остальные – под вакуумом). После упаривания концентрация по сухим веществам составляет 50-55%.

4. Сжигание черного щелока

Упаренный черный щелок имеет следующий состав:

Органическая часть: С – 40-45% Н – 3-5% S – 2-4% O – 15-20%

Минеральная часть: NaOHсвяз – 20-25% NaOHсвоб – 1-2% Na2S – 1-3% Na2SO4 – 3-5% Na2CO3 – 7-10%

Органическая часть составляет 120 г/л. Органическая часть обеспечивает необходимую энергию, а минеральная часть содержит соединения, служащие основой для приготовления белого щелока. Основная задача сжигания - превращение сульфата натрия в сульфид натрия и перевод органических соединений натрия в карбонат натрия.

Процесс сжигания включает несколько стадий:

На 1 стадии щелок взаимодействует с окислами, содержащимися в газообразных продуктах сгорания органической части щелока:

2NaOH+CO₂= Na₂CO₃+H₂O

2NaOH+SO₂=Na₂SO₃+ H₂O

Na₂S+ CO₂+ H₂O= Na₂CO₃+ H₂S

Na₂S+ SO₃+ H₂O= Na₂SO₄+ H₂S

На второй стадии (пиролиза и коксования) выделяются летучие органические соединения ( метанол, ацетон, фенол и сероорганические соединения – меркаптаны), происходит карбонизация щелочи, связанной с органическими соединениями.

Третья стадия характеризуется расплавлением минеральных солей, выжиганием углерода, сплавлением сульфата натрия с минеральным остатком щелока, восстановлением сульфатов до сульфидов.

Na₂SO₄+2C = Na₂S + 2CO₂

Степень превращения сульфата в сульфид в оптимальных условиях составляет 96%.

Сжигание упаренного щелока проводится в специальных топках. Предварительно щелок смешивается с сульфатом натрия, добавляемым для восполнения потерь серы. Смешение проводится в реакторе, оборудованном мешалкой и обогреваемом паром. Затем щелок впрыскивается в топку через форсунки. В результате сжигания образуются:

1. дымовые газы, которые содержат CO₂, SO₂, SO₃, CO, CH₄, H₂S, летучие органические соединения. Газ проходит очистку в скрубберах, орошаемых щелочными растворами.

2. плав, который содержит карбонат натрия 72-83%, Na₂S-15-34%; Na₂SO₄ -2-4%; тиосульфат, сульфит натрия и соединения железа в небольших количествах.