Способность к накипеобразованию

  Одним из свойств черного щелока  является его способность при определенных условиях образовывать на поверхностях нагрева выпарного аппарата , щелоковых насосов и трубопроводов накипи в виде минеральных натриевых солей , особенно сульфата и силиката натрия, и органических соединений мыла и мелкого волокна.

  Полагают, что способность черного щелока образовывать накипь связана с содержанием в нем двойной соли сульфата и карбоната натрия. Особенно большое количество которых выделяется из щелока при содержании в нем сухих веществ свыше 50%. Кроме того, сульфат натрия, хорошо растворяющийся при низкой температуре, при более высокой температуре обладает способностью выпадать в осадок, образую накипь на поверхностях нагрева.

  Органические соединения натрия, находящиеся в черном щелоке , весьма неустойчивы при повышении температуры и, соприкасаясь с поверхностью нагрева выпарного аппарата, конденсируются, образуя на них накипь. Поэтому наряду с выполнением регулярной промывки выпарных аппаратов, насосов, трубопроводов, особенно выпарных выпарных аппаратов, работающих на щелоке с высоким содержанием сухих веществ, следует стремиться к тому, чтобы завершение процесса упаривания щелока происходило при минимально допустимой температуре. Так, на сульфатцеллюлозных заводах Швеции максимальную температуру упариваемого щелока поддерживают на уровне, не превышающем 120-125ºС. Образование накипи на поверхности нагрева понижает их теплопередачу. Так, при толщине накипи 1мм коэффициент теплопередачи снижается в 2 раза.

  Накипь, содержащая соли кремния , весьма трудно поддается удалению, поэтому для ее недопущения применяются различные меры, направленные на предварительное(перед упариванием) обескремнивание щелока. В промышленности до настоящего времени отсутствуют достаточно надежные способы обескремнивания черного щелока. Насадочные скруббера, иногда применяемые для этой цели, часто забиваются отложениями силикатных солей, а фильтрация щелока через различные материалы, центрифугирование и другие способы(применение ультразвука, электромагнитного поля) не обеспечивают полного удаления осадка. Поэтому наиболее эффективным способом борьбы с накипью на поверхности нагрева выпарных аппаратов, насосов и трубопроводов является их своевременная промывка, для выполнения которой применяются соответствующие установки.

   В целях снижения скорости накипеобразования необходимо:

   температуру щелока в выпарных аппаратах, упаривающих щелок с высоким содержанием сухих веществ (свыше 50%), поддерживать не выше 120-130ºС;

    для стабилизации коллоидов щелочного лигнина и предотвращения его выделения и образования осадка поддерживать минимальное содержание в черном щелоке остаточной активной щелочи;

   обеспечивать максимальное удаление из щелока мыла и мелкого волокна;

   поддерживать высокую степень восстановления сульфата натрия при сжигании черного щелока и каустизации зеленого щелока;

   применять для варки целлюлозы белый щелок совершенно чистый, не содержащий шлама в виде кальциевых солей, которые при упаривании щелока также образуют накипь.

   Следует иметь в виду, что наличие в щелоке мелкого волокна способствует образованию совместно с остальными выделяющимися из щелока компонентами более устойчивой накипи.

В таблице 2 приведены данные , характеризующие состав сухих веществ черного щелока от варки обыкновенной сосновой древесины и накипи.

     Таблица 2

Наименование химикатов сухого остатка	Состав сухих веществ, %
	черного щелока	накипи
Неорганические вещества, вызывающие коррозию	-	9,3
Сульфат натрия Na2SO4	5	28,1
Карбонат натрия Na2CO3	11,6	12,1
Едкий натр NaOH	0,9	-
Сульфид натрия Na2S	1	-
Органические соединения натрия	10,3	9,8
Неанализированные неорганические вещества	1,4	2,4
Лигнин	30,7	17,7
Полисахариды	0,1	0,2
Смоляные соединения	2,5	5,1
Органические кислоты	7	2,2
Неанализированные органические вещества	29,5	13,1

Пенообразующие свойства

   В черном щелоке пена образуется в процессе промывки целлюлозной массы в результате смешения щелока с воздухом при его отсосе в момент обезвоживания массы на вакуум-фильтрах, а также при механическом перемешивании в резервуарах, насосах и т. п.

   Пенообразование вызывается наличием в щелоке поверхностно-активных веществ, образующихся главным образом при варке древесины, содержащей значительные количества смоляных и жирных кислот,смесь которых придает щелоку способность в присутствии воздуха образовывать обильную и стойкую пену. В составе пены в основном содержится сульфатное мыло. Содержание в ней щелока незначительное. Стойкость пены весьма велика и саморазрушение ее происходит медленно. Поэтому для разрушения пены в окислительных установках применяют механические пеноразбиватели. Применение пара для этой цели не дает ощутимых результатов.

   При упаривании щелока в выпарных аппаратах в условиях вакуума и относительно высокой температуры образуется ряд газообразных продуктов: метиловый спирт, сероводород, меркаптаны и другие, которые способствуют выделению из щелока пены,затрудняющей и ухудшающей условия работы выпарной установки. Практика работы выпарных установок показывает , что при упаривании слабых щелоков, содержащих большое количество смоляных и жирных кислот, происходит значительное пенообразование. Наоборот, при упаривании щелока, получаемого при варки лиственных и малосмолистых хвойных пород древесины, особых затруднений вследствие пенообразование не возникает.

   Способность черного щелока к пенообразованию может быть снижена различными способами. Исследования показали, что это свойство щелока определяется одновременным наличием в нем сульфатного мыла и гексановых кислот, количество которых зависит от породного состава перерабатываемой древесины.

   Снижение пенообразующих свойств черного щелока может быть достигнуто добавлением к хвойной щепе до 10% лиственной, а также совместной регенерацией черных щелоков от сульфатной варки и отработанных щелоков от варки полуцеллюлозы. Одной из причин пенообразования и создания устойчивой пены является наличие в слабом щелоке мелкого волокна. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы поступающий на выпарную установку слабый щелок был тщательно отфильтрован и освобожден от мелкого волокна, которое в этих условиях способствует также образование накипи.