馬瑞進(jìn),馬建國,孟 蕾,崔曉錦,杜 燕 ,王堅(jiān)智 ,喬 鼎
(1.甘肅銀光聚銀化工有限公司,甘肅 白銀 730900;2.甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司,甘肅 白銀 730900)
中性施膠劑AKD 學(xué)名烷基烯酮二聚體,是當(dāng)今一種比較先進(jìn)的造紙施膠劑[1]。AKD 為蠟狀白色固體,熔點(diǎn)為40~50℃,能溶于乙醇、苯和三氯甲烷等有機(jī)溶劑,具有抗弱堿弱酸或其他滲透劑的能力。AKD中性施膠劑是反應(yīng)型中性施膠劑的一種,可以同纖維中的羥基發(fā)生化學(xué)變化,能達(dá)到永久性施膠的目的,主要用于高級用紙如銅版原紙、彩色照相原紙、字典紙、檔案紙、證券紙、育果袋紙等紙種[2]。
AKD 生產(chǎn)主要分酰化和縮合2個過程[3],其中?;^程中,硬脂酸同光氣反應(yīng),生成硬脂酰氯和氯化氫氣體和二氧化碳?xì)怏w,氯化氫氣體吸收后作為回收鹽酸出售,二氧化碳排空過程中會夾帶極其微量的光氣,不設(shè)計(jì)處理裝置直接排空存在環(huán)保壓力和安全隱患。
AKD 生產(chǎn)尾氣CO2中可能帶有極微量的光氣,使用NaOH 溶液吸收時(shí),CO2尾氣會同NaOH 溶液反應(yīng),造成NaOH 溶液大量消耗。Na2CO3、NaHCO3屬于強(qiáng)堿弱酸鹽,水解顯堿性,其中Na2CO3水溶液pH=10.6,NaHCO3水溶液pH=8.3。CO2同Na2CO3溶液反應(yīng)可以生成NaHCO3溶液,生成的NaHCO3極不穩(wěn)定,受熱極易分解,CO2逸出,因此CO2和微量的光氣組成的AKD 尾氣,通入Na2CO3、NaHCO3溶液進(jìn)行吸收,可以忽略CO2參與反應(yīng)的影響。
Na2CO3·10H2O(分析純)、NaHCO3(分析純)、工藝水(在25℃時(shí)電導(dǎo)率<1.0μs·cm-1),光氣(自產(chǎn))。
準(zhǔn)確配制2%、11%濃度的Na2CO3溶液、1%、3%、11%濃度的NaHCO3溶液和1%、3%的Na2CO3和NaHCO3混合溶液,分別加入2000mL 三口圓底燒瓶中,通入光氣,光氣流量約為10L·h-1,開攪拌,20~30min 取樣,尾氣使用12%~18%NaOH 溶液吸收,通過分析NaCl 含量,折算成吸收光氣的質(zhì)量。
1.2.1 Na2CO3溶液濃度對光氣吸收的影響
分別使用2%和11%的Na2CO3溶液作為光氣吸收液時(shí),隨著吸收時(shí)間增加,溶液中吸收的光氣量不斷增大,光氣吸收量增加同吸收時(shí)間變化曲線見圖1。從分析數(shù)據(jù)可以看出,使用2%濃度的Na2CO3溶液吸收時(shí),單位時(shí)間光氣的吸收量比使用11%濃度時(shí)有所提高,說明低濃度Na2CO3溶液對光氣吸收較好,其中2%濃度時(shí)光氣平均吸收速率約為5.34g·h-1,11%濃度時(shí)光氣平均吸收速率約為3.27g·h-1,隨著CO32-不斷消耗,曲線斜率不斷減小。
圖1 不同濃度Na2CO3溶液吸收光氣變化曲線
1.2.2 NaHCO3溶液濃度對光氣吸收的影響
分別使用1%、3%和7%的NaHCO3溶液作為光氣吸收液,其光氣吸收量同濃度變化曲線見圖2。從變化曲線可以看出,NaHCO3溶液濃度變化對光氣吸收同Na2CO3溶液吸收時(shí)比較相似,光氣吸收量隨NaHCO3溶液濃度變大而減小,說明吸收液濃度降低有利于光氣吸收,1%、3%和7%的NaHCO3溶液吸收光氣的平均速率分別約為7.15g·h-1、5g·h-1、3.35g·h-1。
圖2 不同濃度NaHCO3溶液吸收光氣變化曲線
1.2.3 Na2CO3、NaHCO3混合溶液濃度對光氣吸收的影響
分別配制Na2CO3和NaHCO3濃度均為1%、3%兩組混合溶液作為光氣的吸收液,其光氣吸收量同濃度變化曲線見圖3。Na2CO3和NaHCO3溶液組成的緩沖體系,其吸收光氣質(zhì)量同樣隨溶液濃度減少而提高。其平均吸收速率分別為2.97g·h-1、4.51g·h-1。
圖3 不同濃度Na2CO3、NaHCO3混合溶液吸收光氣變化曲線
1.2.4 溶液pH 值與濃度對應(yīng)關(guān)系
選擇3%濃度的NaHCO3溶液作吸收液時(shí),測定溶液濃度與pH 值對應(yīng)曲線見圖4。
從圖4 可以看出,隨著NaHCO3溶液濃度不斷減少,其溶液的pH 值隨之降低,當(dāng)吸收時(shí)間達(dá)到80min 時(shí),溶液pH 值<7,主要是由于光氣水解后生成HCl,造成溶液顯酸性,此時(shí)Cl-濃度增大是以光氣水解為主。
圖4 NaHCO3溶液濃度與pH 值對應(yīng)曲線
(1) 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,Na2CO3、NaHCO3溶液吸收光氣的質(zhì)量隨溶液濃度增大而變小。Na2CO3、NaHCO3溶液濃度減小,相當(dāng)于增大了工藝水加入量,Na2CO3、NaHCO3屬于強(qiáng)堿弱酸鹽,水解反應(yīng)過程中,增大工藝水量可以促進(jìn)水解反應(yīng),生成OH-速率加快,從而吸收光氣的速率也相應(yīng)加快。
(2) Na2CO3電離生成Na+和CO32-,CO32-水解過程包括一級水解、二級水解,其中以一級水解為主。NaHCO3電離生成Na+和HCO3-,HCO3-水解過程屬于二級水解。經(jīng)過水解生成的OH-同光氣發(fā)生反應(yīng),生成Cl-,隨著反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行,Cl-濃度不斷增大,由于是小試試驗(yàn),各吸收液均為一次性吸收,Na2CO3、NaHCO3消耗完全后,Cl-濃度增大是以光氣水解為主。
(3) 在目前實(shí)驗(yàn)條件下,分別使用Na2CO3、NaHCO3溶液和Na2CO3、NaHCO3混合溶液作為吸收液,對光氣均有不同程度的吸收效果,從計(jì)算結(jié)果看,其中1% NaHCO3溶液的吸收效果較為理想,從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出對于CO2中微量光氣(ppm 級),使用Na2CO3、NaHCO3溶液及混合溶液可以很好地吸收,同時(shí)可以避免因?yàn)槭褂肗aOH 溶液作為吸收液因同CO2反應(yīng)而造成大量消耗。
[1]龍春梅,蔣文偉.AKD 的化學(xué)合成[J].應(yīng)用化工,2005(2):128-130.
[2]祁秀秀,王順明.烷基乙烯酮二聚體的合成影響[J].化工時(shí)刊,2005(12):30-31.
[3]張國運(yùn),徐永健,沈一丁.AKD 型中(堿)性施膠劑的概況及發(fā)展[J].天津造紙,2002(1):13-16.