- •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
Сернистый натрий, содержащийся в зеленом щелоке, не подвергается каустизации и поэтому не требует на себя рас хода едкой извести.
При работе с растворами зеленого и белого сульфатного щелока, во избежание порчи лабораторного имущества, а также загрязнения воздуха помещения сероводородом, необ ходимо соблюдение мер предосторожности. Титрование необхо димо вести в вытяжном шкафу. По окончании титрования сле дует немедленно осторожно слить содержимое колбы в глубь раковины, специально отведенной для этого, и хорошо промыть водой из водопровода.
Получение и анализ белого щелока для сульфатной и натронной варок
Белый варочный щелок для сульфатной варки получается путем каустизации зеленого щелока, а для натронной варки — путем каустизации раствора соды. Задачей каустизации яв ляется перевод неактивного с точки зрения варки реагента Na2C03 в активный NaOH. Каустизация осуществляется из вестью.
При взаимодействии соды с гидроокисью кальция происхо дит следующая реакция:
Na2C 03+ C a 0 + H20 ^ 2 N a 0 H + C a C 0 3.
106,0 56,8 80,0 100,0
Гидроокись кальция получается из извести в результате га шения ее водой, содержащейся в зеленом щелоке.
Превращение соды в едкий натр действием извести основано на различной растворимости Са(ОН)2 и СаС03. Растворимость
этих соединений |
при 20 °С в чистой воде, без примесей других |
ионов (в моль/л) |
следующая: Са(ОН)2 = 2* 10~2; СаС03= 1 • 10-4. |
Реакция каустизации обратима и в производственных усло виях до конца не доходит. При действии одноименных ионов,
например ОН“ и С 03~, растворимость извести и карбоната каль ция уменьшается. В начале реакции растворимость карбоната кальция очень мала, а растворимость гидроокиси такая же, как в чистой воде. Поэтому карбонат кальция, возникающий в ре зультате реакции каустизации, сразу выпадает в осадок, и ре акция протекает слева направо до тех пор, пока увеличение
растворимости |
карбоната |
кальция (вследствие падения концент |
|||||
рации |
соды в |
растворе) |
и уменьшение |
растворимости |
гидро |
||
окиси |
кальция |
(в результате |
появления |
в растворе |
едкого |
||
натра) |
не приведут к состоянию равновесия. В момент |
равно |
|||||
весия |
концентрация |
ионов |
кальция находится в равновесии |
||||
с ионами ОН~ и С03" |
каустизации полученного щелока |
оцени |
|||||
N Результат процесса |
|||||||
вается степенью каустизации, |
выраженной в процентах, |
как от |
ношение содержания в растворе едкого натра к сумме едкого натра и карбоната натрия, выраженных в эквивалентных еди ницах (обычно в единицах Na20).
Степень каустизации зависит от температуры, содержания в растворе соды, сульфида натрия и др. При повышении темпе ратуры степень каустизации понижается, так как раствори мость Са(ОН)2 при этом уменьшается, а растворимость СаС03 повышается. Практически каустизацию проводят обычно при температуре 95—100 °С, продолжительность реакции при этом составляет 1,5—2 ч.
При повышении концентрации щелока степень каустизации уменьшается. В производственных условиях каустизацию зеле
ного щелока |
проводят |
при концентрации соды в нем |
90—120 г/л, |
при этом |
степень -каустизации получается |
85—90 %. |
|
|
Зная содержание Na2C03 в зеленом щелоке и содержание СаО в извести, рассчитывают количество извести, необходимой для каустизации. Расчет производят на основании уравнения каустизации, из которого следует, что на одну массовую часть (м. ч.) Na2C03 требуется 0,536 м. ч. СаО, с образованием 0,754 м. ч. NaOH и 0,943 СаС03.
Для обеспечения необходимой скорости и полноты реакции каустизации расход извести увеличивают на 2—10 % от теоре тически необходимого количества.
Анализ извести. Техническая известь кроме свободной окиси кальция содержит окись магния (MgO), карбонаты кальция и магния (CaC03, MgC03), силикаты кальция (CaSi03), фер риты, алюминаты и другие соединения. Известь гигроскопична, поглощает углекислоту, имеет малую растворимость в воде, снижающуюся при повышении температуры.
Активная СаО — это та часть извести, которая реагирует с водой при обычных условиях гашения в течение определен ного времени (до 3 мин). Часть свободной СаО гасится дольше
(20—30 мин). Такую известь называют медленно |
гасящейся. |
||
На скорость гашения извести влияют характер примесей и |
|||
условия ее обжига. Так, |
хорошо |
растворимые |
сернокислые |
соли образуют при обжиге |
извести |
соединения, |
значительно |
снижающие скорость ее гашения. Пережженная известь также -гасится очень медленно.
Для определения в извести активной СаО берут среднюю пробу ее в количестве около 0,14 г, взвешивают на аналити ческих весах в сухом бюксе и ссыпают в сухую колбу для тит рования, которую закрывают резиновой пробкой. Бюкс с остат ком приставшей извести тотчас же взвешивают на аналитиче ских весах и по разности определяют взятую для анализа навеску. Известь в колбе гасят небольшим количеством кипя
щей воды (50 |
мл) и титруют |
затем 0,1 н. раствором НС1 |
в присутствии |
фенолфталеина |
до обесцвечивания. Титрование |
проводят по каплям (во избежание разрушения карбоната кальция) и при одновременном перемешивании содержимого колбы.
Последующее за обесцвечиванием возникновение окраши вания раствора зависит от наличия силикатов (их гидролиз) и окиси магния, обусловливающих щелочную среду. Содержание активной СаО в извести вычисляют по формуле
у> |
wenoo |
> |
л |
р |
|
где X — содержание активной |
СаО, |
%; |
V — количество НС1, пошедшее на титрование, мл; К — нормальность раствора НС1;
Т — титр 1 |
н. раствора СаО, равен 0,028; |
Р — навеска |
извести, г. |
Определение свободной СаО в извести можно осуществлять также методом титрования сахарата кальция:
СаО • С12Н22О11 -|—2НС1—►СаС^-[“С12Н22О11 —j—Н2О.
Растворимость СаО в 1 л 10 %-ного раствора сахара со ставляет 21,5 г при 15 °С, т. е. значительно превышает раство римость в воде. Это позволяет готовить раствор СаО более высокой концентрации и применять для анализа большие на вески технической извести, представляющей собой продукт, от бор средних проб которого довольно затруднителен.
Для анализа взвешивают на аналитических весах около 5 г извести и ссыпают ее через сухую воронку в мерную колбу вместимостью 500 мл. Бюкс с остатком приставшей извести взвешивают на аналитических весах и по разности определяют взятую для анализа навеску. В мерную колбу заливают 350— 400 мл горячей воды, периодически перемешивая до полноты гашения. Затем в колбу добавляют 50 г чистого кристалличе ского сахара и после растворения основной части извести рас твор охлаждают, доводят до метки водой и тщательно пере мешивают, после чего дают отстояться (от СаС03 и других нерастворимых примесей).
При охлаждении раствора извести, во избежание влияния углекислоты, колбу закрывают пробкой с хлоркальциевой труб кой, заполненной натронной известью (прокаленная смесь СаО и NaOH). Затем отбирают 50 мл отстоявшегося раствора саха рата кальция в колбу для титрования и оттитровывают в при сутствии фенолфталеина 0,5 н. раствором НС1 до обесцвечи вания.
Содержание СаО в извести рассчитывают по формуле
VКТ500 • 100 А — 50Р
где X — содержание свободной СаО, %;
V — количество НС1 на титрование, мл; К — нормальность НС1; Т — титр 1 н. раствора СаО, равен 0,028; Р —навеска извести, г.
Каустизация и анализ белого щелока. Зная состав исход ного щелока и активность извести, берут необходимые их коли чества для проведения процесса каустизации. Из уравнения
каустизации |
следует, что на |
1 м. |
ч. |
Na2C03 требуется |
|
0,536 м. ч. СаО. |
и ее |
добавку в |
количестве |
||
Учитывая |
активность извести |
||||
10 % от расчетной величины, необходимую |
для |
каустизации |
|||
навеску извести определяют по формуле |
|
|
^Р 0,536110
АА
где X — навеска извести, г; |
в каустизируемом растворе, г/л; |
Р — содержание Na2C03 |
|
А — содержание СаО'в извести, %. |
|
В лабораторных условиях |
каустизацию щелока проводят |
в специальном сосуде (миксе) с крышкой и мешалкой. Для этого в микс заливают необходимое количество зеленого ще лока, нагревают до 70—80 °С. Осторожно, отдельными порци ями высыпают рассчитанное количество извести, включают ме шалку и нагрев. Каустизацию проводят при температуре 95— 100 °С в течение 1—2 ч. В процессе каустизации в микс перио дически добавляют горячую воду, поддерживая в нем уровень жидкости постоянным. По истечении заданного времени каусти зации отключают обогрев и мешалку и дают отстояться щелоку от шлама.
Осветленный щелок осторожно декантируют, а к шламу до
бавляют примерно |
наполовину горячей воды, включают на |
1—2 мин мешалку |
и отстаивают. Сливные воды присоединяют |
ккрепкому щелоку и перемешивают.
Вполученном белом щелоке определяют общую титруемую
щелочь, активную щелочь и содержание сернистого натрия.
По результатам |
анализа |
рассчитывают степень активности, |
степень каустизации и степень сульфидности. |
||
Определение |
общей |
титруемой щелочи (NaOH + Na2S + |
+ Na2C03) основано на следующих реакциях:
NaOH-f H C l=N aC l+H 20;
Na2S+2H C l=2N aC l+H 2S;
Na2C03+2HCl=2NaC14-C02+ H 20 .
Берут пипеткой 10 мл исходного сульфатного щелока, раз бавляют водой в мерной колбе вместимостью 500 мл и тща тельно перемешивают. Из полученного раствора отбирают 20 мл в колбу для титрования, добавляют 1—2 капли метилоранжа и
G1
оттитровывают 0,1 н. НС1 до появления слабо-розового окра шивания (Vi). В случае разрушения метилор.анжа выделяю щимся сероводородом в конце титрования добавляют еще одну каплю индикатора.
Точность титрования проверяют путем добавлейия по кап лям к оттитрованной жидкости раствора 0,1 н. NaOH до воз никновения желтого окрашивания.
Общую щелочность вычисляют-по уравнению
v |
VxKTbOO • 1000 |
Л ~ |
10 • 20 |
где X — общая щелочность в единицах Na20, г/л; V\ — расход соляной кислоты на титрование, мл;
К— нормальность кислоты;
Т— титр 1 н. раствора Na20, равен 0,031.
Определение активной щелочи (NaOH+Na2S) основано на следующих реакциях:
Nа2С03 -f- ВаС12= ВаСОэ+ 2NaCl;
Na2S04+BaCl2= B aS 04+2NaCl;
NaOH+ НС1= N aCl+H 20 ;
Na2S+ 2H C l= 2N aC l+ H 2S.
Берут 10 мл исходного сульфатного щелока, помещают в мерную колбу вместимостью 500 мл и обрабатывают 75 мл 1 н. раствора хлористого бария (отмеряют цилиндром), раз бавляют водой до черты, тщательно перемешивают и дают от стояться от образовавшегося осадка раствору, содержащему NaOH и Na2S. Затем осторожно отбирают 20 мл раствора и по мещают в колбу для титрования, добавляют 1—2 капли мети лоранжа и оттитровывают 0,1 и. НС1 (У2) до появления слабо розового окрашивания.
Отбор из отстоявшегося раствора лучше всего осуществлять специальной грушей, имеющей винтовой зажим. Для этого по гружают в мерную колбу пипетку на такой уровень, чтобы обеспечить взятие необходимого объема отстоявшегося рас твора, затем плавно освобождают зажим и всасывают рас твор пипеткой выше черты. После этого, не снимая груши, вы нимают из мерной колбы пипетку, ставят ее конец на указа тельный левый палец и, удалив грушу, закрывают пипетку правым указательным пальцем.
Перед отбором щелочного раствора указанным выше спосо бом следует приобрести необходимый навык, для этой цели использовать растворы отстоявшейся суспензии каолпна или мела.
Активную щелочность вычисляют по формуле
у __ V2KT500 . 1000 |
|
|
Л ~~ |
10-20 |
|
где X — содержание активной щелочи в |
единицах Na20, г/л; |
|
У2 — расход кислоты на |
титрование |
осветленного щелока, |
мл; |
|
|
К— нормальность кислоты;
Т— титр 1 н. раствора Na20, равен 0,031.
Зная содержание общей титруемой и активной щелочи, вы раженных в эквивалентных единицах, по разности рассчиты вают количество Na2C03, содержащегося в сульфатном белом
щелоке. Затем, |
исходя из |
соотношения |
молекулярных |
масс, |
||
рассчитывают |
содержание |
Na2C03 |
в |
собственных единицах. |
||
Содержание |
сернистого |
натрия |
в белом |
щелоке |
опреде |
|
ляется так же, как и в зеленом щелоке. |
|
щелоке |
опреде |
|||
Содержание |
едкого натра в сульфатном |
ляется по разности: от общей активной щелочи вычитают ще лочность сульфида натрия, выраженную в эквивалентных еди
ницах. |
варочного |
щелока, т. е. |
содержание |
Найденный состав |
|||
NaOH, Na2S и Na2C03, выражают |
в собственных |
единицах, |
|
а также в единицах Na20 |
и сводят в таблицу. |
|
Для перевода указанных соединений в единицы Na20 пользуются следующими коэффициентами: для NaOH — 0,7748; для Na2C03 — 0,5849; для Na2S — 0,7941.
Анализ щелока для натронной варки, получаемого в случае каустизации раствора соды, осуществляется путем титрования соляной кислотой с применением двух индикаторов. Для этого испытуемый раствор вначале титруется в присутствии фенол фталеина до обесцвечивания — при медленном добавлении кис лоты и одновременном помешивании раствора во избежание разложения кислотой образующегося NaHC03. Затем к обес цвеченному раствору добавляют метилоранж и оттитровывают до слабо-розовой окраски. При этом происходят следующие реакции:
в присутствии фенолфталеина и расходе НС1 (1Л) Na0H + HCl = NaC14-H20; Na2C03+H C l= N aC l+ N aH C 03;
в присутствии метилоранжа и при расходе НС1 (V2) NaHC03+ НС1= NaCl+ H20 + C02.
Для расчета количества соляной кислоты, затраченной при титровании испытуемого натронного щелока, отдельно на взаи модействие с едким натром й содой по уравнениям реакций
NaOH + H C l=N aC l+H 20; Na2C03+ 2НС1=2NaCl + Н20 + С02