Оптимизация параметров получения сульфата калия при производстве сульфатной целлюлозы из биомассы древесины на целлюлозно-бумажных предприятиях

В классическом способе переработки черных щелоков производства сульфатной целлюлозы минеральный остаток после сжигания органической составляющей черного щелока в содорегенерационном котле представляет собой смесь карбоната натрия и сульфата натрия. Полученный содовый раствор обрабатывают известью, поступающей из цеха декарбонизации и получают раствор каустической щелочи, который в дальнейшем используют для варки целлюлозы в составе белого щелока. В результате проведенных экспериментов появляется возможность повысить экологическую безопасность процесса переработки черных щелоков и осуществить диверсификацию производства получения сульфатной целлюлозы, а также упростить аппаратурнотехнологическую схему процесса регенерации щелочей. В основе разработанного способа лежит распределение калийной щелочи между раствором и твердым сульфатом натрия путем конверсии сульфата натрия раствором КОН, в зависимости от изменения молярной доли калийной щелочи от суммы щелочей калия и натрия в растворе. На основе рассмотренных закономерностей распределения калийной щелочи между натриево-калиевым раствором и сульфатом натрия предложен конверсионный метод сульфата калия и сульфатом натрия. Сущность способа заключается в обменной реакции между сульфатом натрия, содержащемся в твердой смеси сульфатов с раствором калийной щелочи. В работе были определены оптимальные технологические параметры выделения сульфата калия из сульфатных растворов и исследовано влияние отдельных технологических параметров на выход сульфата калия в осадке. Для постановки эксперимента был выбран ротатабельный центральный композиционный план. Оценка результатов исследования дает возможность прийти к выводу, что на выход сульфата калия влияют не только варьируемые параметры, но и их сочетание. Близкие значения выхода сульфата калия могут достигаться при продолжительности реакции 60 мин, но при разных сочетаниях варьируемых параметров. Для практического применения представленной схемы были выбраны следующие оптимальные параметры: молярная доля калийной щелочи от суммы щелочей калия и натрия в суспензии – 60%, массовое соотношение Ж/Т в суспензии – 4,7, продолжительность реакции – 60 мин. Научно обоснованы экспериментальные данные параметров получения сульфата калия в качестве удобрения. Одновременно предлагается получение дополнительного товарного продукта, при переработке черного щелока сульфатного производства целлюлозы.

1. Аким Э.Л. Био-рефайнинг древесины // Химические волокна. 2016, № 3. С. 34–41.

2. Демин В.А. Химия и технология сульфатных щелоков //Сыктывкар: СЛИ, 2013, 96 с.

3. Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 600 с.

4. Пат. 2617569 Российская Федерация МПК D21C11/00. Способ кислотнощелочной переработки черного щелока сульфатного производства целлюлозы / Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. Заявитель и правообладатель СПбГТУРП № 2014108629; заявл. 05.03.2014; опубл. 25.04. 2017. Бюл. № 25.

5. Пат. 2696636 Российская Федерация МПК D21C11/00. Приготовление белого щелока производства сульфатной целлюлозы / Федорова О.В., Казаков В.Г., Луканин П.В. заявитель и правообладатель СПбГУПТД № 2018131321; заявл. 30.08.2018; опубл. 05.08.2019. Бюл. № 22.

6. Сидняев Н.И., Вилисова Н.Т. Введение в теорию планирования эксперимента. М.: МГТУ им.Баумана, 2001. 32 с.

7. Федорова О.В., Луканин П. В., Казаков В. Г., Самойленко Д.Е.. Модернизация технологического процесса переработки черных щелоков сульфатной целлюлозы // Прикладная химия. 2016. Т. 89. Вып. 5. С. 654–659.

8. Федорова О.В., Луканин П.В., Казаков В.Г., Субботина К.О., Самойленко Д.Е.. Влияние технологических параметров на извлечение органических соединений из растворов черного щелока производства сульфатной целлюлозы // Вестник СПГУТД. 2016. № 4. С. 49–52.

9. Cardoso M., Dominigos de Oliveira E., Passos M.L. Chemical composition and physical properties of black liquors and theier effects on liquor recovery operation in Brazilian pulp mills (2009) Fuel, 88. P. 756–763.

10. Gioia F., Astarita G.A. General solution to the problem of hydrogen sulfide absorption in alkaline solutions. 1967. 6(3). P. 370–375.

11. Grace T.M., Fraderick W.J., Salcudean M., Wessel R.A. Black liquor combustion validated recovery boiler modeling final year report. Atlanta: The Institute of Paper Science and Technology, 1998. 198 p.

12. Muryantoa, Triwahyunia E., Hendarsyaha H., Abimanyua H. Reuse black liquor of alkali pretreatment in bioethanol production // 2nd International Conference on Sustainable Energy Engineering and Application. 2015. P. 236–243.

13. Wertz J.L., Deleu M., Coppee S., Richel A. «Hemicelluloses and Lignin in Biorefineries» Taylor & Francis Group, 2018. 330 р.