Виробництво кальцинованої соди

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Нижегородський Державний Технічний Університет ім. Р. Є. Алексєєва
Доповідь з загальним хімічних технологій
Тема: «Виробництво кальцинованої соди»
Виконав: ст.гр. 05-БІО Коршунова В.А.
Перевірив: Ісаєв В.В.
Дата перевірки: _____________
Оцінка: _________
Н. Новгород, 2008

Зміст

"1-3"
Введення. Коротка історія розвитку содової промисловості ................ 3
Сировина, яка використовується у виробництві кальцинованої соди ................... 7
Опис технологічного процесу ............................................... ........... 17
Приготування вапняного молока ............................................... ............ 31
Фільтрація суспензії бікарбонату натрію .............................................. .. 46
Кальцинація гідрокарбонату натрію ............................................... ........... 50
Переробка вторинних матеріальних ресурсів виробництва соди аміачним способом .......................................... .................................................. ............ 55
Список літератури ................................................ ....................................... 61

Введення. Коротка історія розвитку содової промисловості

Сода була відома ще в глибоку давнину в якості речовини, що застосовувався для чищення й шіпевшего при зіткненні з оцтом. Добувалася вона до кінця вісімнадцятого століття переважно з природних родовищ Угорщини, Єгипту та інших частин Африки і з попелу морських рослин, переважно в Іспанії. Сода того часу не відрізнялася чистотою.
У 1775 р . Французька академія оголосила премію в 12 тис. ліврів за кращий спосіб приготування соди з куховарської солі. Однак вдалого вирішенні завдання в той час знайти не вдалося. І тільки, коли настала французька революція 1789 - 1794гг., І Франція, що випробувала блокаду і оточена військами коаліції, була відрізана від підвезення іноземної сировини і товарів, - Комітетом громадського порятунку знову був оголошений заклик до всіх громадян - знайти шлях звільнення вітчизняної промисловості від залежності від закордонних товарів і матеріалів. Відповіддю на заклик з'явилися 16 пропозицій фабрикації соди, з яких першість віддано було методом, автором якого був лікар Микола Леблан.
Метод Леблана
Спосіб Леблана полягав у приготуванні з повареної солі за допомогою сірчаної кислоти сульфату і подальшої переробки останнього з вугіллям і вуглекислим кальцієм (крейдою або вапняком) на соду. Спосіб Леблана прищепився в промисловості, і довгий час був єдиним в содовій техніці. Найбільший розвиток спосіб Леблана отримав в Англії.

Метод Сольвея
У сімдесятих роках ΧΙΧ століття виступив на сцену новий спосіб приготування соди, запропонований бельгійським інженером Ернестом Сольве. Цей спосіб справив повний переворот в содовій техніці. Сутність цього методу полягала в насиченні природних соляних розчинів аміаком і вуглекислим газом і переробки виходить при цьому осаду бікарбонату на кальциновану соду допомогою простого прожарювання.
Відмінною особливістю розробленого Сольве способу фабрикації є безперервність процесу у всіх його стадіях. Винахідливості Сольве содова техніка зобов'язана введенням у практику знаменитих Сольвеєвських колон для насичення аміачного розсолу вуглекислим газом, для отримання аміачного розсолу і для відгону аміаку з маткових рідин при фільтрації бікарбонату.
Метод Гонігмана
Після Сольве найбільший успіх у виробництві кальцинованої соди шляхом аміачного процесу випав на Моріца Гонігмана, який вдало дозволив завдання насиченні аміачного розсолу не в колонах, а в послідовно з'єднаних циліндричних резервуарах. Однак несприятливим відзнакою способу Гонігмана є періодичність процесу.
Содова промисловість у Росії почала свій розвиток з леблановского способу. Перший содовий завод у Росії був побудований в 1884г. у Сибіру на базі природного сульфату натрію. Спроба здійснити аміачний спосіб в Росії незалежно від Сольве була зроблена інженером Лихачовим, в 1868 р . побудував невеликий завод з аміачному способі в Казанської губернії на базі привізною кухонної солі. Проте з - за великих втрат солі та аміаку при їхній високій вартості завод проіснував лише 4 роки.
Аміачний спосіб утвердився в Росії, коли в 1883г. був побудований фірмою Сольве за участю російських капіталовкладень содовий завод в Березниках на базі Солікамського родовища кухонної солі. У 1893 р . був побудований другий - Донецький содовий завод, а в 1899р - у Слов'янську.
Відомості про найголовніших содових продуктах, природних і штучно одержуваних натрієвих солях.
Під словом «сода» в промисловості, торгівлі та домашньому господарстві на увазі цілий ряд загальновідомих і необхідних хімічних продуктів, як - то:
1) Кальцинована сіль (угленатріевая сіль - Na 2 CO 3). Застосовують головним чином у виробництві скла і хімікатів. Близько половини кальцинованої соди йде на виготовлення скла, близько чверті - хімікатів, 13% - мила та миючих засобів, 11% вживається на такі цілі, як виготовлення целюлози і паперу, рафінування металів і нафти, дублення шкіри та очищення води, а решта надходить у продаж.
2) Щелок. Найменування «щелою» (K 2 CO 3, Na 2 CO 3,   NaOH) було присвоєно продуктів, одержуваних шляхом вилуговування деревної золи. Вона містить приблизно 70% карбонату калію (поташу), використовуваного в основному для виготовлення мила і скла. Шляхом обробки гашеного вапна (гідроксидом кальцію) карбонат натрію перетворюють на каустичну соду (гідроксид натрію), яка застосовується для побутових і промислових цілей під назвою «каустик».
3) Поташ. Хоча в хімічній промисловості поташем головним чином називають карбонат калію (K 2 CO 3), в сільському господарстві це назва охоплює всі солі калію, що йдуть на виготовлення добрив, але в основному хлорид калію (KCl) з невеликою домішкою сульфату калію (K 2 SO 4 ). Карбонат калію застосовується у виробництві скла, солей калію, барвників та чорнил. Карбонат калію - важливий компонент спеціальних стекол, наприклад оптичних та лабораторних.
4) Двуугленатріевая сіль NaHCO 3, звана також у техніці «бікарбонат», що має велике застосування для виготовлення штучних мінеральних вод та шипучих прохолодних напоїв, в медицині, в домашньому господарстві для випічки хліба, та в кондитерському виробництві.

Сировина, яка використовується у виробництві кальцинованої соди

Виробниче підприємство, незалежно від того, до якої галузі воно належить, зможе лише тоді розвиватися і приносити прибуток, коли воно побудоване на здоровій основі. Для цього необхідно, перш за все, щоб воно було розташоване в такому пункті, де найлегше дістати сировину та матеріали виробництва, а також хороших робочих, і де, рівним чином, краще і вигідніше збувати продукти виробництва, не потребуючи для цього в особливих складних перевізних засобах. Це основне положення для організації раціонально працюючого підприємства в особливості має бути віднесено до содовим заводам, так як економічність роботи їх визначається головним чином вартістю основних видів сировини і палива, зокрема солі, вапняку або крейди, аміачної води, кам'яного вугілля і коксу. З причини значних витратних величин цих продуктів, содові заводи будуються зазвичай або безпосередньо на даному сировині і паливі, або поблизу останніх, щоб вартість транспорту цих сировинних матеріалів не лягала важким накладними витратами на вартість їх видобутку.
Сіль (розсіл)
У аміачному способі виробництва соди застосовують не тверду сіль, а розсіл, що є великою перевагою, так як видобуток ропи шляхом підземного вилуговування солі водою значно дешевше видобутку твердої солі звичайним шахтним способом. Використання для приготування розсолу твердої солі, піднятої на поверхню землі, можливе лише у тих випадках, коли кухонна сіль є відходом виробництва.
Розсіл при підземному вилуговуванні солі має температуру порядку 15єС. При цій температурі насичений розчин містить близько 317 г / л NaCl. Проте отримувати насичений розчин досить важко. Для цього потрібен тривалий час, тому що з наближенням до стану насичення швидкість розчинення NaCl сильно зменшується. Практично можна отримувати розсіл з концентрацією 305 - 310 г / л.
Розрізняють розсоли природні та штучні. Перші утворюються в результаті розчинення пластів кам'яної солі підгрунтовими водами. Сіль залягає зазвичай на глибині 200 - 300 м . готівку грунтових вод призводить іноді до того, що розмивання соляних пластів відбувається під землею природним чином, в результаті чого під землею утворюються великі озера з насиченим розсолом.
Штучний спосіб. З метою збільшення міцності розсолу, виробляють поглиблення свердловин, при чому природний розсіл, опускаючись вниз і омиваючи нижні шари, донасищается (кожні 10м поглиблення підвищують фортеця розсолу приблизно на 1г в літрі і вище)
Розсіл видобувається з підземних глибин за допомогою бурових свердловин (рис.1) Свердловину свердлять дощенту соляного пласта. Для захисту її від обвалів осадових порід вставляють так звану обсадних труб. Для запобігання соляного пласта від проникнення підгрунтових вод у нижній поверхні осадових порід кільцевий простір між обсадної трубою і грунтом заливають цементом. Усередині обсадної труби вставляють центральну трубу майже дощенту соляного пласта. Утворений слабкий розсіл видавлюється на поверхню через кільцевий простір між внутрішньою і обсадочной трубою (стадія Ι). Його використовують замість свіжої води, закачиваемой в нормально працюють свердловини.
Коли в пласті солі утворюється досить велика розмита камера, приступають до нормальної експлуатації свердловини.

Рис.1 схема свердловини для отримання штучного розсолу: Ι-ΙΙΙ - стадії вилуговування.
При цьому напрям потоків води і розсолу зазвичай міняють - воду подають по кільцевому простору у верхню частину камери, а концентрований розсіл піднімається по центральній трубі (стадія ΙΙ). При такому напрямку потоків зі свердловини відкачується має велику щільність, а тому що знаходиться в нижніх шарах камери, концентрований розсіл.
З найбільшою швидкістю сіль розчиняється у верхній частині поверхні розмитою камери - у її стелі, куди надходить свіжа, що володіє найбільшою розчинювальною здатністю вода. Найповільніше сіль розчиняється в нижній частині камери, так як з нею стикається найбільш концентрований розсіл; крім того, ця поверхня камери покривається осідаючими нерозчинними домішками, ізолюючими її від розчинювальною рідини. Швидкість розчинення бічних поверхонь камери має проміжне значення, вона зменшується з глибиною занурення. При такому характері розчинення камера набуває форму перекинутого конуса з вершиною біля основи центральної труби (стадія ΙΙΙ). Коли розчиняється стелю камери досягає нерозчинних осадових порід, вилуговування солі триває по боковій поверхні. Поверхня оголюємо осадових порід збільшується, частина їх вимивається розсолом, і вони, падаючи вниз, покривають розташовану нижче поверхню камери, ускладнюючи її розчинення. Нахил бічній поверхні до горизонту поступово зменшується. У результаті нижня частина пласта практично не розчиняється, що призводить до поступового зменшення продуктивності свердловини.
Якщо при експлуатації свердловини осідає на дно камери бруд забиває центральну трубу, то для її очищення змінюють напрямок потоків, подаючи воду з центральної труби.
Більш досконалим способом видобутку ропи є так званий метод гідровруба, при якому в основі соляного пласта за допомогою води створюють вруб, тобто розмив пласта в ширину до діаметра 100 - 10 м і висотою 1,5 - 2 м . Щоб забезпечити розчинення пласта солі вшир і оберегти від розчинення стеля утворюється камери, в свердловину вводять повітря або нафтові продукти, наприклад мазут, які, спливаючи, утворюють між стелею камери і водою ізолюючої шар, що перешкоджає розчиненню солі. Управління процесом освіти гідровруба за допомогою мазуту легше і надійніше, ніж за допомогою повітря. Шар мазуту або нафти підтримують близько 1 см . Таким чином, сіль буде розчинятися лише з боків камери. Така попередня підготовка камери триває 1,5 - 2 роки, після чого починається нормальна її експлуатація. Захисний шар нафти або повітря прибирають, і починається розчинення солі і висока продуктивність свердловини.
На рис. 2 показана схема свердловини, що працює за методом гідровруба.
Рис.2 Схема свердловини для розробки пласта методом гідровруба: 1 - 5 - вентилі на трубах для води, нафти і розсолу; 6 - перша обсадна труба, 7 - друга обсадна труба.
У стовбур свердловини, що проходить через осадові породи і пласт солі, опускають три концентрично розташовані сталеві труби. Зовнішня - перша обсадна - труба 6 діаметром 250 мм проходить шар осадових порід і служить для запобігання від осипання стовбура свердловини і від проникнення підгрунтових вод у пласт солі. Друга обсадна труба 7 має діаметр 200 мм і входить в пласт солі. Кільцевий простір між обома обсадними трубами цементують. У другу обсадних труб вставляють концентрично ще дві труби діаметрами 150 і 75 - 100 мм . З кільцевих просторів надходять нафта і вода, по центральній трубі видавлюється на поверхню землі розсіл. Дві внутрішні труби з'єднані поза свердловини системою вентилів 1 - 4. якщо треба промити ропні трубу водою, вентилі 2 і 4 закривають, а 1 і 3 відкривають. Для видалення нафти з свердловини шляхом витіснення її розсолом відкривають вентилі 4 і 5 і закривають 1,2 і 3.
На заводі розсіл зберігають у сталевих резервуарах місткістю 2000 - 3000 м 3 . Для захисту від корозії ці резервуари всередині футерують шаром бетону, армованого сталевою сіткою. Розсіл зберігають також у рублених зрубах, які можуть служити багато років.
Вапняк і крейда
Другим основним сировинним матеріалом для виробництва соди служить вапняк або крейда. Більш кращим сировиною є вапняк. Недоліком крейди є його пориста порода, він легко вбирає вологу, що порушує нормальний хід випалу його у вапняних печах.
Зазвичай вважається, що найкращою сировиною є вапняк з вмістом від 92% CaCO 3, вологи від 1 до 5% і мінімальною кількістю силікатів, хоча можливі відступи від цих умов, в залежності від характеру виробництв. Робота на одному крейді викликає додаткові витрати палива або попередньо на сушку його, чи в самій печі, а також розведення пічного газу (вміст CO 2). Працювати на одному крейді, завдяки його високій вологості не економічно, і в зв'язку з цим готують для вапняних печей суміші вапняку і крейди в пропорції приблизно 1:1. Наявність такої пропорції призводить роботу печі до нормальних умов як в сенсі витрат палива, так і концентрації одержуваного пічного газу .. Основні вимоги, які пред'являються практикою щодо розмірів шматків крейди або вапняку, це - мати матеріал в шматках величиною приблизно близько 60 - 150 мм . Відсоток CaCO 3 в крейді не повинен бути нижче 80, при чому на крейді з нижчим вмістом CaCO 3 працювати вже не вигідно. Необхідно також мати певний і мінімальний відсоток домішок, особливо SiO 2, завдяки якому в печах утворюються легкоплавкі силікати (піч «тече»), і який внизу печі застигає у великі шматки - так званий «козел». Відсоток вологи в крейді повинен бути не вище 5%, щоб не мати розбавлення пічного газу, а також щоб не витрачати зайвої кількості палива для підсушування його.
Видобуток вапняку та крейди ведеться в кар'єрах методом відкритих розробок. При тонкому шарі верхніх поривають порід шахтні розробки не застосовують. Видалення верхніх наносних шарів і безпосередню видобуток вапняку та крейди роблять за допомогою екскаваторів.
Уздовж простягання пластів нарізають кілька уступів, в яких бурят невеликі циліндричні отвори - шпури, куди закладають вибухова речовина. Підірвану роздроблену породу вантажать екскаваторами у вагонетки і відвозять на дробильно - сортувальну установку, що знаходиться при кар'єрах. Шматки розмірами 40 - 120 мм відокремлюють і, в залежності від відстані від кар'єру до заводу, транспортують або по канатній підвісний, або по залізниці. У першому випадку вагонетки з карбонатною сировиною подають безпосередньо на вапняні печі, в другому випадку вапняк або крейда надходить спочатку на склад, звідки вагонетками підвісної дороги або елеватором його транспортують на печі. Шматки, що мають розмір менше 40 мм , Складають відхід, який може бути використаний для інших цілей, наприклад на будівельних роботах, у виробництві цементу, в металургійній промисловості або ж для отримання вапна в спеціально виділених для випалу дрібниці печах.
Допоміжні матеріали
1.Амміак.
У виробництві соди аміак після регенерації у відділенні дистиляції повертають назад у виробничий цикл. Неминучі при цьому втрати компенсуються введенням аміачної води. Аміачна вода надходить із заводів синтетичного аміаку, а також з коксохімічних заводів.
Властивості аміаку і його солей відіграють важливу роль у содовому виробництві. При звичайних умовах аміак є безбарвним гостро пахне газом, викликає сльози і задуха. Аміак добре розчиняється у воді і розсолі. При цьому щільність розчину знижується, а обсяг його збільшується. Розчинність аміаку збільшується з пониженням температури і підвищенням тиску.
2.Топліво.
У виробництві кальцинованої соди паливо застосовують у вапняних печах при отриманні вапна і в содових печах при кальцинації бікарбонату натрію.
Основним видом палива випалу вапняку або крейди слід вважати кокс; цілком достатньо мати кокс другого сорту і навіть у суміші з коксом третього сорту із середнім аналізом: вологість до 0,095%, летючих речовин до 6,37%, постійного вуглецю 76,71%, золи від 7 до 15%. Такий кокс має теплотворну здатність 6421 кал. До палива, також як і вапняку, пред'являються практикою певні вимоги:
1) певна величина шматків, приблизно близько 6 - 7 см ;
2) мінімальний відсоток зольності;
3) певна вологість (не вище одного відсотка);
4) зміст вуглецю в коксі від 75%;
5) зміст летючих речовин в коксі не вище 5 - 6,5%.
Не виключена можливість застосування в якості палива для випалу карбонатної сировини природного газу. Він - найбільш дешеве беззольний висококалорійне паливо.
3.Вода.
На содових заводах воду витрачають в основному для охолодження рідин і газів. Порівняно менше її витрачають на чисто технологічні потреби, наприклад на приготування розсолу, вапняного молока і т.д. Воду витрачають також на харчування парових котлів, які виробляють пар для відгону аміаку у відділенні дистиляції, для парових машин, якщо вони є на заводі, і для опалення приміщень.
Якість води характеризується вмістом розчинених у ній солей і газів. Особлива увага приділяється так званим «солям жорсткості», тобто солям кальцію і магнію, які завжди утримуватися в природних наземних і підземних джерелах води.
Розрізняють тимчасову і постійну жорсткість води. Перша обумовлюється розчиненими у воді бікарбонатами кальцію Ca (HCO 3) 2 і магнію Mg (HCO 3) 2, які при нагріванні води до температури кипіння розкладаються з виділенням в осад вуглекислих солей. Наприклад,
Ca (HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O.
Солі постійної жорсткості, наприклад CaCl 2, CaSO 4 та ін, при нагріванні з води не видаляються. Вони виділяються в осад при випаровуванні води, утворюючи на стінках апаратів важко удаляемую щільну накип. Жорстку воду можна використовувати тільки в тих випадках, коли умови її застосування не викликають виділення твердих опадів. У котельних установках неприпустимі ні перший, ні другий тип жорсткості. Тому воду для них заздалегідь очищають від солей кальцію і магнію хімічним способом на спеціальних установках.
На заводах, що витрачають великі кількості води, використовують так звану «оборотну воду», одержувану охолодженням вже використаної нагрітої води в спеціальних установках
Говорячи про воду, слід зазначити, що покидьок содових заводів CaCl 2 служить причиною підвищення жорсткості води в довколишніх водоймищах і робить іноді її непридатною для використання.
4.Водяной пар.
Для отримання пари воду нагрівають до температури кипіння, що залежить від тиску одержуваного пари. При тиску 760 мм рт. ст. чиста вода кипить при 100єС. З підвищенням тиску підвищується температура кипіння, а отже і температура одержуваного пари. У присутності киплячої води кожному тиску буде відповідати цілком певна температура пари. Такий пар називають насиченим. Якщо насичений пар нагріти у відсутності води, то вийде перегрітий пар. Тиск такої пари в замкнутому просторі буде залежати вже не тільки від температури, але і від займаного пором обсягу.
При отриманні пара витрачається тепло на підігрів води до температури кипіння і на її випаровування. Температура води, нагрітої до кипіння, при подальшому підводі тепла не підвищується. Всі підводиться тепло буде витрачатися на випаровування води, тому воно називається «прихованою теплотою випаровування».
При зворотній конденсації пара витрачений на випаровування тепло виділяється, що робить пар хорошим засобом для нагрівання. Для конденсації насиченого пара досить невеликої різниці температур між парою і нагрівається продуктом. Якщо пар безпосередньо стикається з нагрівається рідиною, таке нагрівання називають «нагріванням гострою парою", а якщо передача тепла йде через стінку - «нагріванням глухим паром». Перегрітий пар при охолодженні не буде конденсуватися до тих пір, поки він не стане насиченим. Тому для цілей нагрівання, де використовується головним чином теплота конденсації, застосовують, як правило, насичений пар. При передачі пари по трубопроводах використовують перегрітий пар, який при охолодженні в трубопроводі не конденсується, отже, не втрачає тепла конденсації. Перегрітою парою користуються також для приведення в рух парових турбін і машин.
Природні родовища.
Кальцинована сода зустрічається в природі у великих кількостях, головним чином у соляних пластах і відкладеннях трони (мінералу складу Na 2 CO 3 · NaHCO 3 · 2H 2 O). На Землі відомі більш 60 таких родовищ.

Опис технологічного процесу

Виробництво кальцинованої соди з аміачному способу включає 8 основних переділів:
отримання карбонатної сировини: вскриша, вибухові роботи, видобування, дроблення, сортування сировини і транспортування;
переробка карбонатної сировини: випалення, охолодження і очищення діоксиду вуглецю, гасіння вапна з отриманням вапняної суспензії;
очищення розсолу: взаємодія сирого розсолу з реагентами в реакторах і відстій розсолу;
абсорбція: відмивання в промивача газів, що виділяються на інших стадіях, від аміаку, двостадійне насичення розчину хлориду натрію аміаком і частково діоксидом вуглецю, що надходить зі стадії дистиляції, охолодження амонізованого розсолу;
карбонізація: відмивання від аміаку газу, що залишає стадію карбонізації (супроводжується уловлюванням діоксиду вуглецю), попередня карбонізація, карбонізація з виділенням гідрокарбонату натрію в осаджувальних колонах, компримування (перед подачею в карбонізаціонной колони) діоксид вуглецю, яке надходить із стадій переробки сировини і кальцинації;
фільтрація: відділення гідрокарбонату натрію на фільтрах і відсмоктування повітря вакуум - насосами;
кальцинація: зневоднення і розкладання гідрокарбонату натрію в содових печах, охолодження і очищення діоксиду вуглецю після содових печей;
регенерація аміаку (дистиляція): попередній підігрів і дисоціація містяться в фільтрової рідини карбонатів і гідрокарбонатів амонію в конденсаторі і теплообміннику дистиляції, змішання і взаємодія нагрітої рідини з вапняною суспензією в змішувачі і отгонка аміаку в дістіллере.
Весь содовий процес повністю може бути зображений наступними хімічними рівняннями:
NH 3 + H 2 O = NH 4 OH
CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3
H 2 CO 3 + NH 4 OH = NH 4 HCO 3 + H 2 O
NH 4 HCO 3 + NaCl = NaHCO 3 + NH 4 Cl
2 NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
CaCO 3 → CaO + CO 2
CaO + H 2 O = Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 +2 NH 4 Cl = NH 4 OH + CaCl 2
               NH 3            H 2 O
Взаємний зв'язок реакцій можна зобразити наступною схемою:
CaCO 3 = CaO + CO 2
NaCl + NH 3 + CO 2 + H 2 O ↔ NH 4 Cl + NaHCO 3
 

CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 - ΔΗ = 63,8 кДж / моль
Ca (OH) 2 +2 NH 4 Cl → 2 NH 3 + CaCl 2 + H 2 O + ΔΗ = 27,6
 

NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O + ΔΗ
Реалізація хімічної моделі пов'язана з розробкою технологічного режиму з використанням фізико - хімічних властивостей водної чотирьохкомпонентної системи.
У водному розчині існують чотири компоненти NaCl - NH 4 HCO 3 - NH 4 Cl - NaHCO 3 (незалежних компонентів - чотири, бо якщо відомі значення трьох компонентів, то за рівнянням реакції можна розрахувати вміст четвертого.) Сіль NH 4 HCO 3 утворюється в результаті взаємодії в розчині СО 2 і NH 3:
СО 2 (p) + 2NH 3 (p) ↔ NH 2 COONH 4 (p) - ΔΗ 1
Утворився карбамат гідролізується:
NH 2 COONH 4 (p) + H 2 O ↔ NH 4 HCO 3 (р) + NH 3 (p) + ΔΗ 2 - ΔΗ + ΔΗ = -63,8 кДж
Температурний режим обраний за результатами дослідження реакцій, а матеріальні розрахунки та співвідношення реагуючих компонентів визначені за даними про четирехполюсний системі. Нижче наведено графічні методи розробки технологічного режиму для реакцій такого типу. На підставі діаграми (рис.1) встановлюють, що хлорид натрію взаємодіє з бікарбонатом амонію, утворюючи бікарбонат натрію і хлорид амонію, і розчинність бікарбонату натрію в цій системі мала, тому що в рівноважному розчині 1 моль бікарбонату розчиняється в 4240 молях води, т. е. практично впадає в тверду фазу. Проекція діаграми на квадрат сольового складу представлена ​​на рис.2

Рис. 3. Система Na +, NH +4 ║ Cl-, HCO3-- H2O, Т 30єС: А-NaС1; B-NaHCO3; C-NH4HCO3; D - NH4C1; i-кількість Н2О - молей води / 1 моль Σ солей; i * - рівноважний, inp - практичне R-відношення А: С, що вступають у реакцію; Р - сольовий склад розчину

Рис.4. Проекція системи Na +, NH4 + ║ Cl-, HCO-3-H2O, Т 30єС: А-NaС1; B-NaHCO3; C-NH4HCO3; D - NH4C1; e - сольовий склад евтоніческіх розчинів двокомпонентних систем; Р - нонваріантние точки чотирьох - компонентної системи; R - сольовий склад реакційної суміші
Стабільною діагоналлю сольового квадрата, яка перетинає лише два полюси кристалізації, є діагональ бікарбонату натрію - хлорид амонію, співвідношення між реагують компонентами вибирають графічно по проекції діаграми, враховуючи необхідність отримання бікарбонату натрію, що не містить у твердій фазі амонійних солей. Ілюстрацією цього прийому служить рис 3. Він полягає у створенні в розчині кілька збільшеного вмісту води в порівнянні з нонваріантной фігуративного точкою Р 1, на яку спрямований промінь кристалізації.

Рис.5 Перетин діаграми по ARP 1:
i * LBN - кількість води в рівноважному розчині; i R. пр - кількість води в технологічному розчині; i p 1 - кількість води в розчині Р 1; R - фігуративний точка реакційної суміші.

Сутність процесу може бути виражена таким чином, що при обробці насиченого аміаком розсолу вуглекислим газом спершу відбувається як - би нейтралізація цього розчину вуглекислотою, що супроводжується значним виділенням тепла, а в подальшому, в міру підвищення в розчині концентрації середньої углеаммоніевой солі, починається її обмінна розкладання з кухонною сіллю з утворенням соди, яка при подальшому дії на розчин вуглекислоти утворює найменш розчинне з'єднання - бікарбонат.
З практичної точки зору є цікавим не тільки хід реакції і досягнення найкращого виходу бікарбонату, але і якість (фізичні властивості, структура) одержуваного осаду бікарбонату. У заводських умовах, коли випадання бікарбонату починається при трохи підвищеній температурі, а зростання кристалів - при охолодженні, виходить крупно - кристалічний, добре відстоюються, добре фільтрівний і добре промивають осад. Межею охолодження на заводах частіше за все є температура 28 - 30єС, але іноді й нижче - до 25єС. Структура осаду має велике значення, так як легкість і швидкість фільтрації і промивки скорочує витрату пари на дистиляцію маткових рідин, а, крім того, зменшує що залишається в бікарбонату після фільтрації вологість, що в свою чергу полегшує кальцинації осаду і скорочує витрату палива на цей процес. Занадто сильне охолодження викликає утворення дуже дрібного, ілообразного осаду, який важко фільтрується і порушує і здорожує нормальний хід виробництва.

Очищення розсолу кухонної солі
На содових заводах сирої розсіл очищають від домішок вапняно - содовим способом. У цьому випадку для осадження солей кальцію використовують соду, для осадження солей магнію - вапняну суспензію.
В основі вапняно-содового способу лежать реакції іонного обміну, що призводять до утворення важкорозчинних карбонату кальцію і гідроксиду магнію:
Ca 2 + + CO 3 2 - ↔ CaCO 3; Mg 2 + +2 OH - ↔ Mg (OH) 2
Повнота виділення іонів магнію та кальцію в осад, а отже, ступінь очищення, визначається розчинністю СаСО 3 та Mg (OH) 2 в розчині хлориду натрію. Непрямим параметром, що характеризує повноту виділення Са 2 + і Mg 2 + в осад, може служити величина pH, що важливо при створенні автоматичної системи управління процесом очищення.
Основними труднощами першій стадії очищення розсолу є низька швидкість згущення суспензії гідроксиду магнію і незадовільна швидкість фільтрування згущеної суспензії. Встановлено, що в процесі осадження відбувається утворення аморфного (або близького до аморфному) продукту з досить високою розчинністю. Тривалість його існування залежить від складу маткового розчину, температури та властивостей використовуваної лугу. Такий продукт являє собою гідратований гідроксид магнію: Mg (OH) 2 · (Н 2 О) m. Відстань між площинами спайності у такого гідроксиду більше довжини молекул води. Процес дозрівання осаду, який може тривати кілька діб, можна описати рівнянням
Mg (OH) 2 · (Н 2 О) m → Mg (OH) 2 + MН 2 О; 1 <m <2.
У результаті утворюється гідроксид магнію з хорошими седімен-сті, що має грати типу брусита.
Необхідно відзначити, що з підвищенням температури розсолу збільшуються швидкість відстою та ущільнення суспензії. З іншого боку, підвищення температури небажано для наступної стадії виробництва - абсорбції аміаку. Тому на стадії рассолоочісткі температуру розсолу підтримують не вище 22 ° С (при великому змісті іонів магнію).
На рис. 6 приведена технологічна схема очищення розсолу вапняно-содовим способом. У бак 1 подають содовий розчин, для приготування якого використовуються кальцинована сода і очищений розсіл. З гасітельного відділення цеху вапняних печей у бак 2 надходить вапняна суспензія (90 ± 10 н. Д.). Для регулювання титру вапняної суспензії в мішалку-резервуар 2 підводять очищений розсіл. Далі реагенти надходять в змішувач 3.
Технологічна схема відділення очищення
Рис. 6 Схема відділення очищення розсолу: 1 - бак содового розчину; 2 - бак вапняного молока; 3 - змішувач; 4 - розширювач, 5 - реактор; 6 - відстійник; 7 - резервуар очищеного розсолу; 8 - збірник шламу; 9 - збірник неочищеного розсолу ; 10 - насоси.
Процес очищення розсолу здійснюється безперервно. Сирий розсіл надходить з розсолопромисли в резервуари - сховища сирого розсолу 9. Основний потік сирого розсолу відцентровим насосом 10 через розширювач 4 направляється по трубопроводу в реактор. У разі необхідності частина сирого розсолу нагрівають за рахунок охолодження газу содових печей, після чого змішують з основним потоком в розширнику. Труба, що підводить рідину в реактор, має U-подібну форму. Реактор не має мішалки. Необхідну перемішування досягається за рахунок великої швидкості надходження рідини з U-образних труб реактора.
Для здійснення нормального перебігу процесу в реакторі температуру пульпи бажано підтримувати в межах 17 ± 3 ° С. Реактор з'єднаний трубопроводом з відстійником 6. Суспензія надходить зверху у відстійник і по центральній трубі, не доходить до дна, опускається вниз. Потім розсіл піднімається вгору, відділяючись від твердої фази. Освітлений розсіл видаляється з відстійника через переливний жолоб, розташований по периферії. Шлам з нижньої частини відстійника через спеціальні труби періодично спускається до збірки (шламову мішалку) 8; сюди ж надходить шлам з реактора 5.
Освітлений розсіл з відстійника 6 направляється до збірки 7 і далі насосом 10-на абсорбцію. У мішалці 8 шлам розбавляється водою і насосом 10 перекачується в шламопроводи дістіллерной рідини.
Випал вапна та отримання вуглекислого газу
На практиці для содового процесу вуглекислий газ видобувається шляхом випалу вапняку, при чому паралельно, крім вуглекислого газу, виходить вапно, яка також необхідна для аміачно - содового процесу у вигляді вапняного молока, як луг при дистиляції для розкладання амонію, що містяться в матковій рідини. Вапняне відділення є, таким чином, в содовому справі допоміжним, який виробляє напівпродукти для головного процесу. Процес, що відбувається у вапняному відділенні, поділяється на три операції:
1) випал вапняку або крейди в печах;
2) гасіння вапна з отриманням вапняного молока;
3) промивання очищення виходить з печей вуглекислого газу.
Реакцію, що відбувається при випалі крейди або вапняку, можна зобразити так:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
При випалюванні карбонатної сировини поряд з реакціями розкладання карбонатів кальцію і магнію протікає ряд побічних шкідливих реакцій: взаємодія утворюється оксиду кальцію з оксидами кремнію, алюмінію, заліза. Останні містяться у вигляді домішок в сировині, також входять до складу золи палива і вогнетривкої цегли, застосовуваного для футеровки печі. Утворені побічні з'єднання не можуть бути використані для отримання вапняної суспензії, що знижує ефективність випалу. Кремнезем SiO2 взаємодіє з основними оксидами при 700-800 ° С з освітою нижче речовин: CaO · SiO2-метасиликат кальцію (tпл = 1540 ° C ); 3CaO · 2SiO2 - полуторакальціевий силікат (tпл = 1475 ° С); 2CaО · SiO2-двухкальціевий силікат (tпл = 2130 ° С); ЗСАТ · SiO2-трехкальциевого силікат (tраел = 1900 ° С). Спочатку утворюється двухкальціевий силікат, який у надлишку СаО у вапні донасищается з утворенням трьохкальцієвого силікату.
Глинозем Al2OS реагує з СаО в інтервалі 500-900 ° С. Зі зростанням температури утворюється спочатку моноалюмінат кальцію СаО · А12О3 перетворюється на трехкальциевого алюмінат ЗСАТ · Al2О3, який має здатність переводити вапно в малоактивний форму. З'єднання СаО з оксидами алюмінію і заліза найбільш легкоплавкі і грають більш важливу роль при оплавленні вапна, ніж кремнезем.
Сульфат кальцію CaSO4 основне свій вплив надає на процес випалювання вапна, знижуючи температуру утворення рідкої фази. Домішка сульфату кальцію впливає також і на процес гідратації вапна, сильно сповільнюючи його. Оксид магнію добре розчиняється в розплаві і помітно знижує температуру плавлення рідкої фази.
Водяні пари впливають на процес дисоціації СаСО 3 в області низьких температур (650-750єС). Водяна пара адсорбується на поверхні кристалів, полегшуючи вихід активованих іонів за межі кристалічної решітки. При високих температурах випалу (1000 ° С і вище) присутність водяної пари не надає каталітичної дії на процес дисоціації.
Оксид кальцію, що входить до складу вапна, може бути в вигляді вільного (активного чи неактивного) або пов'язаного, тобто вступив у взаємодію з домішками і утворив нові сполуки (безповоротні втрати СаО).
Активний СаО - це частина вільного оксиду кальцію, яка здатна реагувати з водою в звичайних умовах гасіння; неактивний СаО-частину вільного оксиду кальцію, яка не реагує з водою в звичайних умовах гасіння,
Неактивний СаО утворюється внаслідок структурних змін під впливом високих температур, а також за рахунок обволікання зерен СаО плівкою плаву, який з'являється при взаємодії СаО з домішками. При цьому посилюється взаємодія СаО з футерівкою печі. При підвищенні температури вище допустимої може відбутися освіту більш-менш великих мас спеченої вапна («козли»), що порушує режим роботи печей.
Горіння твердого палива в шарі кускового матеріалу має такі особливості: відсутня суцільний палаючий шар (окремі шматки палива розділені інертною до горіння масою випалювального матеріалу, так як в шихті міститься від 6,5 до 10% палива);
2) поглинання тепла, що витрачається на розкладання карбонатів, відбувається безпосередньо в зоні горіння;
3) горіння здійснюється в потоці повітря, нагрітого в зоні підігріву;
4) шматки палива, зменшуючись в процесі горіння, випереджають рухомий шар випалювального матеріалу, що істотно позначається на процесі горіння в цілому;
5) леткі речовини палива, що виділяються в зоні підготовки палива, контактують з потоком гарячих газів, майже не містять кисень, і відганяються, не згораючи.
1.Работа печей.
Випал крейди або вапняку відбувається в шахтних печах. Вона складається з трьох основних механізмів - шахти, завантажувального і розвантажувального механізмів (рис. 7), в яких зверху печей проводиться завантаження суміші певній пропорції вапняку і твердого пального. У випадку останнього застосовується кокс. Під впливом відбувається знизу печі вивантаження вапна, вищевказана суміш вапняку і коксу опускається поступово зверху вниз. У верхній частині печі відбувається обмін теплоти між газами, що відходять і завантаженій сумішшю, при чому вапняк сушиться, а гази охолоджуються. У міру опускання суміші, вона надходить у зону найбільш інтенсивного горіння коксу, і тут відбувається остаточний випал крейди з виділенням вугільної кислоти.
Мел, перетворившись на вапно, опускається вниз, і по шляху проходження останньої відбувається вторинний обмін теплоти між гарячою вапном і вступником знизу повітрям, необхідним для процесу горіння палива. Вапно при цьому охолоджується, а повітря нагрівається. Печі працюють під тиском повітря, що нагнітається вентилятором в закриту нижню частину печі.
2. Різниця тисків.
Тиск внизу печі повинно регулюватися засувкою на нагнітальної трубі вентилятора так, щоб тиск газу, що виходить з печі, становило б 5 мм водного стовпа, кількість же його розміряється з аналізом вуглекислого газу, щоб уникнути надлишку або нестачі повітря. Такий тиск нагорі печі гарантує відсутність засмоктування повітря ззовні, яке інакше могло відбуватися при відкриванні верхнього отвору печі для завантаження, хоча, з іншого боку, викликає деяку витік газу з печі при завантаженні.
Рис.7 Шахтна вапняно - обпалювальної піч:
1 - опорна колона;
2 - зазор з теплоізоляційної прошарком;
3 - кладка з червоної цегли;
4 - кладка з вогнетривкої цегли;
5 - завантажувальний пристрій;
6 - загальний колектор;
7 - шахта печі;
8 - вивантажний пристрій;
9 - фундамент.
Вдування в піч повітря створює крім того перевагу в тому відношенні, що підвищується інтенсивність горіння, збільшується продуктивність печі, підвищується процентний склад вуглекислого газу і створюється деяка незалежність роботи печі від роботи компресора. При одній і тій же продуктивності печі збільшення різниці тиску повітря між нижньою і верхньою частиною служить вказівкою того чи іншого якості завантажуються в піч матеріалів. Нормальним розміром завантажуються в піч крейди і коксу є: для крейди - шматки, діаметром 120 - 150 мм , А для коксу - шматки, діаметром 50 - 60 мм . Збільшення різниці тисків вказує на присутність у завантаженому в піч матеріалі занадто великої кількості дрібних шматків, яка може викликати зменшення продуктивності печі, аж до повного затухання, зменшення ж різниці тисків на занадто велику величину шматків завантаженого матеріалу і може викликати погане використання палива і тим самим явищем недопалу і зниження концентрації вуглекислого газу. Нормальна різниця тиску лежить в межах 20 - 25 мм водяного стовпа.
3. Різниця температур.
Показником правильного горіння в печі служить також температура вапна внизу печі і температура газу, що виходить з печі. При нормальній роботі температура вапна внизу печі дорівнює 45 - 55єС, а температура газу, що виходить зверху печі - 130 - 150єС. При ненормальною роботі печі можуть бути такі відхилення:
1. Вапно холодна - газ гарячий. Це вказує, що зона горіння пересунулася наверх. Необхідно для відновлення нормальної роботи або підсилити вивантаження вапна з печі, або зменшити кількість впускається повітря.
2. Вапно гаряча - газ холодний. Це вказує, що зона горіння опустилася вниз. Необхідно для відновлення нормальної роботи зменшити вивантаження і збільшити приплив повітря.
3. Вапно гаряча - газ гарячий. Це вказує, що зона горіння розтягнулася в печі. Приводом до цього можуть бути, головним чином, три причини:
а) або в завантажувальному крейди знаходиться багато частинок дрібного розміру; при завантаженні в піч такого матеріалу великі шматки відкидаються розподільчим апаратом по периферії, а дрібнота збирається переважно в середині. Повітря, вганяє вентилятором, проходить більшою своєю частиною по периферії і тим самим піднімає зону горіння. У центрі ж, внаслідок нестачі повітря, зона горіння отримує конусоподібну форму;
б) або в печі утворилися у стінок козли, які в одному місці затримують прохід повітря внизу, знижуючи зону горіння, а в інших місцях пропускають більше повітря і піднімають зону горіння вгору. Величезне значення для підтримки концентрованої зони горіння в печі на нормальній висоті має рівномірна періодичність завантаження печі, підтримання постійного горизонту матеріалу нагорі печі і ретельна підготовка суміші крейди і коксу;
в) значний відсоток дрібниці на нормальний розмір шматків палива, завантаженого в піч. Дрібні шматки загоряються вгорі швидше, а більші згоряють значно нижче, і таким чином зона горіння розтягується.

Приготування вапняного молока

Вапняне молоко, необхідне в содовому виробництві для регенерації аміаку із хлористого амонію з реакції
2NH 4 C1 + Са (ОН) 2 → CaCl 2 + 2NН 3 + 2Н 2 О,
отримують гасінням вапна надлишком води:
СаО + Н 2 О → Са (ОН) 2
У воді Са (ОН) 2 розчиняється погано, причому з підвищенням температури розчинність зменшується. При 0 ° С розчиняється 0,185 г на 100 г Н 2 О, а при 100 ° С всього лише 0,077 г па 100 г Н 2 О. Тому для розкладання хлористого амонію застосовують не гомогенний розчин, а суспензію Са (ОН) 2 в воді, звану вапняним молоком. Концентрація зваженої гідроокису кальцію у вапняному молоці повинна бути по можливості високої, тому що чим менше води надійде з вапняним молоком у відділення дистиляції, де регенерується аміак, тим менше тепла (пари) буде витрачено на нагрівання цієї води у процесі регенерації. Максимально можлива концентрація вапняного молока обмежується його в'язкістю: занадто в'язку суспензію важко транспортувати, очищати від домішок і дозувати. В'язкість суспензії залежить не тільки від концентрації зваженої Са (ОН) 2, але і від температури. З підвищенням температури в'язкість зменшується. Тому вапняне молоко отримують при високій (~ 90 ° С) температурі, яка забезпечується застосуванням для гасіння гарячої води, а також виділенням тепла в процесі самої реакції гасіння. Це тепло могло б підвищити температуру вапняного молока приблизно на 75 ° С, але практично значна частина тепла втрачається в процесі гасіння на випаровування води і тепловипромінювання. Тому вапняне молоко з температурою 90-95 ° С можна отримати, використовуючи для гасіння воду, підігріту до 60-65 ° С.
На якість вапняного молока помітно впливає якість вапна. Має, наприклад, значення температура, при якій обпікалася карбонатна сировина: чим вона вища, тим повільніше гаситься отримана вапно і тим менше дисперсним виходить вапняне молоко. При дуже високій температурі випалу (вище 1350 ° С) виходить вапно, яка практично вже не гаситься водою.
З домішок, що зустрічаються у вапні, найбільше впливає па тривалість гасіння сульфат кальцію.
Високий ступінь дисперсності вапняного молока має значення не тільки для швидкості розкладання хлористого амонію. Високодіспергірованная суспензія важче розшаровується, краще зберігає свою однорідність, що важливо при дозуванні, не засмічує трубопроводи і менше зношує насоси і комунікації. Зразковий склад вапняного молока наступний:
Са (ОН) 2 ... ... ... ... ... ... .... 200 - 250 н.д.
Mg (OH) 2 ... ... ... ... ... ... ... 1 - 2 г / л
СО 2 - 3 ... ... ... ... ... ... ... ... .. 7 - 14 н.д.
СаSO 4 ... ... ... ... ... ... ... ... 1 - 3 г / л
SiO 2 + нерозчинні у воді
HCl домішки ... ... ... ... ... ... ... 10 - 20 г / л
R 2 O 3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 5 - 8 г / л
Щільність ... ... ... ... ... ... ... .1,26
Технологічна схема отримання вапняного молока
Технологічна схема отримання вапняного молока включає дві основні операції: гасіння вапна гарячою водою і очищення вапняного молока від великих шматків і дрібних зерен недопалу, перекала та інших нерозчинних домішок.
Рух матеріальних потоків але окремим апаратам показано на рис. 8. З робочого бункера 2 вапно подасться лотковим живильником 1 у барабан, що обертається-гаситель 3, куди одночасно надходять нагріта вода і промивні води після промивання отбросних домішок вапна (слабке вапняне молоко).

Рис. 8 технологічна схема приготування вапняного молока:
1 - лоткові живильник, 2 - робочий бункер; 3 - барабан - гаситель; 4 - конденсатор; 5 - сортувальний барабан для великого недопалу; 6 - транспортер; 7 - сортувальний барабан; 8 - шнек; 9 - кульовий млин мокрого помелу; 10 - мішалка неочищеного слабкого вапняного молока; 11 - виброгуркіти; 12 - мішалка очищеного слабкого вапняного молока; 13 - мішалка отбросного шламу; 14 - класифікатор; 15 - мішалка концентрованого вапняного молока.
У гасителів 3 вапно гаситься і утворюється вапняне молоко з домішкою різного розміру шматків недопалу, перекала та інших непогашених часток вапна. Вапняне молоко разом з домішками надходить з гасителя 3 в сортувальний барабан 5 для крупною недопалу, що представляє собою сито з отворами розміром 40 мм . Сортувальний барабан для великого недопалу є продовженням гасителя, обертається разом з ним і служить для відділення від вапняного молока великих шматків недопалу.
Вапняне молоко, проходячи через отвори в барабані, надходить для подальшого очищення в сортувальний барабан 7 для дрібного недопалу. Великі шматки недопалу (розміром більше 40 мм ) В кінці барабана промиваються гарячою водою, надходять на транспортер 6 і передаються в вапняні печі для повторного випалу. Сортувальний барабан 5 для великого недопалу укладений в кожух, обладнаний двома витяжними трубами для видалення утворюється в гасителів пари. Одна труба йде до конденсатора 4, де пар з гасителя, конденсуючись, підігріває воду, що йде на гасіння, а друга труба відведена в атмосферу на випадок ремонту або чищення конденсатора,
У сортувальному барабані 7 для дрібного недопалу, що представляє собою обертове перфоровані сито з отворами 2Χ10 мм, від вапняного молока відокремлюються частинки, що мають розмір більше 2 мм . Вапняне молоко, проходячи через сито, потрапляє в конусоподібний приймач кожуха, в який укладено сортувальний барабан, звідки йде для остаточного очищення від домішок в класифікатор 14. Осідає на дно класифікатора шлам вигрібаються рейковим механізмом, промивається гарячою водою і надходить у змішувач шламу 13. Концентроване молоко, звільнене від шламу, подається у змішувач вапняного молока 15 л далі за своїм призначенням - у відділення дистиляції.
Що залишилися в сортувальному барабані тверді частинки розміром більше 2 мм при обертанні барабана поступово переміщаються вздовж нього і вивантажуються в шнек 8, за допомогою якого подаються в кульову млин мокрого помелу 9. У млині одночасно з помелом відбувається гасіння вапна, розкривається при помелі шматочків перекала. Виходить в млині слабке вапняне молоко разом з домішками перетікає в мішалку 10, куди відводиться також слабке вапняне молоко, що утворюється при промиванні недопалу. Для очищення від шламу слабке вапняне молоко з мішалки 10 відкачують відцентровим насосом у виброгуркіти 11. Шлам з виброгуркіти надходить у змішувач отбросного шламу 13, а очищене слабке вапняне молоко потрапляє в мішалку очищеного слабкого молока 12, звідки насос подає його в гаситель.
Шлам з класифікатора 14 і виброгуркіти 11 розбавляється в мішалці 13 отбросной рідиною дістіллера та відцентровим насосом відкачується в накопичувач отбросной рідини - так зване «біле море».
Норми технологічного режиму відділення вапняного молока, їх регулювання і контроль
Найбільш важливі регламентовані показники, що характеризують якість вапняного молока і забезпечують нормальну роботу відділення дистиляції, це концентрація Са (ОН) 2 або вільного СаО і температура молока. На содових заводах концентрацію вільного СаО у вапняному молоці називають титром молока, так як її визначають звичайним титруванням молока соляною кислотою.
Для виробництва необхідно, щоб вміст Са (ОН) 2 у вапняному молоці було можливо вище, тому що при цьому зменшується обсяг дістіллерной рідини, а отже, підвищується продуктивність відділення дистиляції і зменшуються витрати пари і втрати вапна і аміаку з отбросной рідиною дістіллера. Проте надмірно висока концентрація Са (ОН) 2, підвищуючи в'язкість суспензії, створює складнощі у роботі гасителя та очищення молока від домішок. Практика показала, що допустима концентрація Са (ОН) 2 в молоці (титр) може бути в межах 200-250 н. д. Крім того, коливання титру молока повинні бути мінімальними, тому що вони ускладнюють регулювання дозування молока у відділенні дистиляції та підвищують втрати вапна і аміаку з отбросной рідиною дістіллера. У отбросной рідини допускаються коливання вільного СаО 1-2 н. д., тобто в межах одного нормального розподілу. В апаратах відділення дистиляції вапняне молоко розбавляється приблизно в 4 рази. Звідси випливає, що коливання титру молока не повинні перевищувати 4 н. д.
Титр молока регулюють шляхом зміни кількості води, яка подається на гасіння. Коливання титру вирівнюють в порівняно великих ємностях - мішалках вапняного молока. Кількість вапна, що подається до гаситель, визначається витратою вапняного молока споживають цехами (кальцинована сода, каустик, водоочищення та ін.)
Про концентрацію Са (ОН) 2 у вапняному молоці в першому наближенні можна судити з його щільності, виміряти яку легко може апаратник безпосередньо в цеху. Для більш точного визначення кожні 30 хв. виконують аналіз на вміст вільного СаО в цеховій лабораторії.
Можливість отримання вапняного молока з високим титром вільного СаО обмежена в'язкістю одержуваного молока, яка залежить не тільки від концентрації, але і від температури. З підвищенням температури в'язкість молока зменшується, покращуються умови для його очищення від домішок, а також полегшуються його транспортування та дозування. Тому для одержання молока з високим титром необхідно проводити гасіння вапна при підвищеній температурі. Норми технологічного режиму передбачають кінцеву температуру молока 85-95 ° С. Ця температура в значній мірі залежить від температури, що надходить на гасіння води, що підігрівається за рахунок тепла конденсації водяної пари, що виходять з гасителя. Для підігрівання можна використовувати відробила воду з холодильника газу содових печей або з холодильника газу дистиляції.
У нормах технологічного режиму передбачено вміст СО 3 2 - у вапняному молоці в кількості 7-12 н. д. Ця величина характеризує вміст у молоці CaCO 3, марною неактивній вапна, яка практично не вступає у взаємодію з NH 4 C1, тобто ступінь очищення молока від домішок. Очищати вапняне молоко треба до економічно розумних меж, тому що з підвищенням ступеня очищення процес ускладнюється. Норма вмісту СО 3 2 - у вапняному молоці і вказує цей розумна межа.
Абсорбція
Призначення абсорбера полягає в тому, щоб зробити остаточне насичення розсолу з промивача колон аміаком.
Розсіл кухонної солі, що містить 310 г / л хлориду натрію, попередньо очищений від домішок інших солей, надходить в абсорбер, в який подають аміак з колони дистиляції, де протікає регенерація аміаку та маткової рідини після вакуум - фільтрів. Також в абсорбер надходить газ, що містить аміак і вуглекислоту з печі кальцинації бікарбонату.
При поганій очищення розсолу від солей кальцію і магнію в процесі аммонізаціі можуть відбуватися побічні небажані реакції: аміак і вуглекислота будуть взаємодіяти з солями кальцію і магнію, утворюючи опади вуглекислого кальцію і гідроокису магнію, які можуть відкладатися на стінках апаратів і трубопроводів. При систематичному порушенні режиму очищення розсолу відкладення CaCO 3 та Mg (OH) 2 на стінках апаратів і трубопроводів можуть порушити нормальну роботу відділення абсорбції.
Весь процес абсорбції залежить, головним чином, від двох чинників:
1) від кількості газів, що приходять у абсорбер з колони дистиляції і печі кальцинації бікарбонату;
2) від кількості розсолу, що надходить на дистиляцію, то регулювання процесу абсорбції полягає в регулюванні надходження розсолу в такій кількості, щоб насичена аміаком рідина мала необхідну концентрацію.

Технологічна схема відділення абсорбції
Технологічна схема відділення абсорбції повинна забезпечити високий ступінь очищення вихлопних газів від аміаку, для чого необхідно промивати ці гази свіжим розсолом, що містить мінімальну кількість аміаку.
Абсорбція діоксиду вуглецю йде значно повільніше, ніж аміаку, тому апаратура повинна бути розрахована так, щоб забезпечувати поглинання заданої кількості аміаку і максимально можливої ​​кількості діоксиду вуглецю.
Свіжий розсіл, насамперед, використовують для поглинання аміаку з вихлопних газів. Близько 75-80% розсолу надходить з напірного бака 3 в промивач повітря фільтрів (ПВФЛ) 4, де поглинається аміак з повітря, що проходить через фільтруючу тканину вакуум-фільтрів і містить приблизно 0,5-1% NH 3. Після ПВФЛ розсіл йде у другій промивач газу колон (ПГКЛ-2) 7, де поглинається аміак з газів, що відходять відділення карбонізації, що містять до 10% NH 3. Решта 20-25% свіжого очищеного розсолу з напірного бака 3 надходять в промивач газу абсорбції (ПГАБ) 1, де поглинається аміак з газів, що відходять відділення абсорбції, що містять до 5% NH 3. Попутно поглинається деяку кількість вуглекислоти, що міститься у вихлопних газах. Газ з ПВФЛ надходить на вакуум-насос 5, що створює розрідження на вакуум-фільтрах, і викидається в атмосфер. Газ з ПГАБ також надходить на вакуум-насос 2. Він містить не менше 75% СО 2, тому вакуум-насос передає його на змішання з вуглекислим газом содових печей і потім на-карбонізацію. Вихлопні гази з ПГКЛ-2вибрасивают в атмосферу.
Рис.8. Типова технологічна схема відділення абсорбції:
1-промивач газу абсорбції;
2,5-вакуум-насоси;
3-напірний бак;
4-промивач повітря фільтрів;
6-холодильник газу дистиляції;
7-друге промивач газу колон; 8-сепаратор-бризгоуловітель;
9 - збірник аммінізірованного розсолу, 1
0, 12-зрошувальні холодильники;
11-постамент (резервуар); 13-друге абсорбер;
14-перша абсорбер
Розсіл після промивки вихлопних газів з ПГКЛ-2 і ПГАБ надходить на основну операцію - поглинання аміаку з газу дистиляції, здійснюва-ляемого в два ступені - у першому абсорбері (АБ-1) 14 і у другому абсорбері (АБ-2) 13. Дві щаблі абсорбції викликаються необхідністю в проміжному охолодженні розсолу, нагрівається від розчинення і взаємодії NH 3 і СО 2 і від конденсації водяної пари, що надходить з газом дистиляції, Після першого абсорбера розсіл, нагрітий до температури 60 - 65 ° С, охолоджують до 28-32 ° С в зрошувальному холодильнику 12, після чого він надходить у другій абсорбер, де також нагрівається приблизно до 65 ° С і тому перш, ніж вступити до збірки амонізованого розсолу (САР) 9, вдруге охолоджується в зрошувальному холодильнику 10. Щоб забезпечити самоплив розсолу на зрошувальний холодильник, другий абсорбер і стоять на ньому апарати розташовані на постаменті - резервуарі 11.
Газ з відділення дистиляції спочатку охолоджується і осушується в холодильнику газу дистиляції (ХГДС) 6 охолоджуючої водою і потім, пройшовши сепаратор - бризгоуловітель 8, протитечією до розсолу проходить послідовно другий і перший абсорбери, де аміак поглинається майже цілком. Разом з аміаком з газу поглинається велика частина вуглекислоти. Непоглотівшіеся гази йдуть в ПГАБ (1). При охолодженні газу дистиляції в ХГДС водяні пари конденсуються, утворюючи конденсат, що містить до 150-200 н. д. аміаку і вуглекислоту. Аміак з таких рідин, званих «слабкими», регенерують на окремій установці. Одержуваний при цьому газ, що містить NН 3, CO 2 і Н 2 О і охолоджений до 58-60 ° С, надходить зазвичай в перший абсорбер.
Карбонізація амонізованого розсолу
Процес карбонізації (насичення амонізованого розсолу діоксидом вуглецю), в результаті якого утворюється гідрокарбонат натрію, є основним процесом содового виробництва. У відділенні карбонізації отримують задану кількість містить гідрокарбонат натрію суспензії у вигляді безперервного матеріального потоку, переданого у відділення.
Якість суспензії визначається якістю міститься в ній продукту-гідрокарбонату натрію. Дуже часто про якість гідрокарбонату натрію судять за його фракційного складу. Визначальною оцінкою якості суспензії є вміст залишкової вологи в гідрокарбонат натрію, отриманому фільтрацією цієї суспензії в стандартних умовах. Оцінку роботи карбонізаціонной колони можна дати, використовуючи безрозмірний технічний критерій оптимальності:
Θ = υ з х з зв'я (4.2-0.lω с)
υ с-витрата суспензії, що виходить з карбонізаціонной колони, м 3 / с;
х з зв'я - концентрація пов'язаного аміаку в освітленій частині суспензії, н.д.;
ω с - вміст залишкової вологи в гідрокарбонат натрію,%.
Чим вище продуктивність по гідрокарбонатy натрію і менше залишкова волога в продукті, тим краще працює карбонiзацiйна колона, тобто необхідно прагнути до збільшення абсолютного значення критерію оптимальності.
У результаті процесу карбонізації з розчину в осад випадає гідрокарбонат натрію, що утворюється за реакцією
NaCl + NH 3 + СО 2 + Н 2 О ↔ NaHCO 3 + NH 4 C1.
Ця реакція характеризує тільки кінцевий результат взаємодії хлориду натрію і гідрокарбонату амонію. Насправді процес карбонізації протікає набагато складніше, і його механізм до теперішнього часу остаточно не з'ясований.
Процес карбонізації ведуть східчасто. Спочатку амонізований розсіл обробляють газом вапняних печей в колоні попередньої карбонізації (КЛІК), потім у першому промивача газу колон (ПГКЛ-1) - газами, що відходять з осаджувальних колон, і, нарешті, - в осаджувальних колонах (КЛ), в нижню частину яких вводять змішаний газ (65-75% СО 2), а в середню частину-газ вапняно-випалювальних печей.
На першій стадії карбонізації велика частина діоксиду вуглецю, який зв'язується в карбамат амонію
2NH 3 + СО 3 → NH 2 COONH 4,
який потім гідролізується
NH 2 COONH 4 + Н 2 О ↔ NH 4 HCO 3 + NH 3,
з утворенням пересиченого по НСОЗ - розчину. Потім з пересиченого розчину кристалізується гідрокарбонат натрію, що утворюється за реакцією
NH 4 HCO 3 + NaCl ↔ NaHCO 3 + NH 4 Cl.
Процес насичення амонізованого розсолу діоксидом вуглецю є екзотермічним. Тепло, що виділяється реакції в кінцевій стадії процесу необхідно відвести, щоб забезпечити необхідні ступені карбонізації розчину та утилізації (використання) натрію.
Температурний режим карбонізаціонной колони значно впливає на процес утворення кристалів гідрокарбонату натрію. Для отримання великих кристалів гідрокарбонату натрію правильної форми, які не забивають фільтруючу поверхню вакуум-фільтрів і малорозчинний у процесі фільтрації, необхідно підтримувати порівняно високу температуру (60-72 ° С) в зоні утворення і в початковий період росту кристалів. У процесі подальшого росту кристалів температура вже не робить істотного впливу на їх розмір.
Процес кристалізації починається з утворення зародків у вигляді дуже дрібних кристалів гідрокарбонату натрію, з яких при підтримці нормального технологічного режиму утворюються кристали у формі коротких циліндрів - «бочки». При погіршенні процесу кристалізації утворюються кристали, що мають форму довгих циліндрів і схильні до утворення зростків у вигляді «снопів» (друзи). У цьому випадку виділяється велика кількість дріб'язку у вигляді голчастих кристалів і безформних уламків. Такі кристали при фільтрації ущільнюються і утримують у утворилися дрібних осередках багато вологи, тобто збільшується вміст залишкової вологи в гідрокарбонат натрію.
Технологічна схема відділення карбонізації
Амонізований розсіл зі збірки амонізованого розсолу (САР) надходить у колону попередньої карбонізації (КЛПК), в яку подається також газ вапняних печей, що містить 32-36% (об.) СО 2 при випалюванні крейди та 38-40% (об.) СО 2 при випалюванні вапняку. З КЛПК рідина при температурі 42-46 ° С направляється в перший промивач газу колон (ПГКЛ-1). Сюди ж надходить газ з КЛПК і осаджувальних колон. У ПГКЛ-1улавлівается аміак, отдутий карбонізующім газом з КЛПК.
За час проходження рідини через ПГКЛ-1 її температура підвищується на 5-8 ° С. Для додаткового охолодження рідини після ПГКЛ-1 передбачається теплообмінник, звідки рідина надходить у осадительную карбонізаціонной колону. У нижню частину колони подається змішаний газ (перший введення), що містить діоксид вуглецю 70-80% (об.), а в середню частину - газ вапняних печей (другий введення). Газ з осадітелной карбонізаціонной колони направляється в ПГКЛ-1, а суспензія-у відділення фільтрації.
Карбонізаціонной колони працюють серіями, щоб забезпечити безперервність потоку суспензії, що направляється в відділення фільтрації. Найбільшого поширення набули серії, що складаються з чотирьох карбонізаціонной колон, з яких три працюють в якості осаджувальних, а одна - колона попередньої карбонізації.
Апаратура відділення карбонізації
Карбонiзацiйна колона КЛ. Вона є основним апаратом відділення карбонізації. КЛ представляє собою циліндричну порожнисту колону діаметром до 3 і висотою до 27 м , Що складається з ряду чавунних бочок або царг. Зверху через штуцер 5 і колону надходить з ПГКЛ-1 підлягає карбонізації розчин, а знизу через штуцер 2 і в середині через штуцер 9 - вуглекислий газ. При роботі колона заповнена розчином до певного постійного рівня.

Рис.9. Карбонiзацiйна колона (діаметром 2680 мм ):
1-бочка-база; 2-штуцер для входу газу; 3-холодильна бочка; 4-абсорбційна бочка; 5-штуцери для входу рідини; 6-сепараційні бочкм; 7-штуцери для виходу газу; 8-барботажние колона; 9-штуцер для входу газу; 10-штуцер для виходу суспензії.
Здійсненню принципу протитоку може перешкоджати поздовжнє перемішування рідини газом по висоті колони. Щоб це перемішування звести до мінімуму, між окремими бочками 4 колони встановлюють пассети, або барботажние тарілки 8.Тарелка складається з днища 2 і перекриває його ковпака 1.
Барботажние тарілки перешкоджають поздовжньому перемішування рідини в колоні і забезпечують рівномірний розподіл газу по перерізу колони і сприяють збільшенню поверхні контакту між газом і рідиною.
У верхній частині колони встановлено дві порожні сепараційні бочки 6, призначені для відділення захоплюємося газом бризок рідини і мають водомірні скла для спостереження за рівнем рідини в колоні. Зверху колона закрита кришкою, на якій знаходиться штуцер 7 для виходу газу і для установки запобіжного клапана.
В основі карбонізаціонной колони встановлена ​​бочка-база 1 зі сферичним днищем і штуцерами 10 і 2, через які виводиться суспензія бікарбонату натрію і подається компресором змішаний газ (1-го введення).
Бочки та барботажние тарілки колони виготовляють з чавуну. Тонкостінні трубки в холодильних бочках товщиною 6мм роблять з вуглецевої сталі або зі спеціального чавуну, що містить 0,5% Ni, 0,4% Mn, 3,3% C і 0,4% Cr.

Фільтрація суспензії бікарбонату натрію

У відділенні фільтрації здійснюють процес поділу виходить з карбонізаціонной колон бикарбонатной суспензії на тверду і рідку фази. Тверда фаза-бікарбонат натрію - повинен бути не тільки відділений від маткової рідини, але і ретельно промитий. При промиванні маткова рідина, що затрималася між кристалами бікарбонату, витісняється водою, що знижує вміст хлоридів і вуглеамонійних солей в відфільтрованому осаді. Для зменшення вологості відфільтрований бікарбонат додатково отжінают на фільтрі.
Суспензії поділяють на тверду і рідку фази за допомогою пористих перегородок, якими служать вовняна, бавовняна і скляна тканина, шар піску, гравію чи коксу, пориста кераміка тощо фільтруючої перегородки є не тільки сама перегородка, але і що знаходиться на ньому шар осаду. Тому в міру збільшення шару осаду опір проходженню рідини зростає пропорційно збільшенню товщини шару, пли, інакше кажучи, пропорційно обсягу профільтрованої суспензії.
У содової промисловості найбільш поширений спосіб фільтрації під розрідженням. У цьому випадку тиск над фільтруючої перегородкою дорівнює атмосферному. При збереженні сталості тисків над фільтруючої перегородкою і під нею швидкість фільтрації, тобто об'єм рідини, що проходить через фільтруючу поверхню в одиницю часу, безперервно зменшується, тому що в процесі фільтрації товщина осаду на фільтруючої перегородки весь час зростає, отже, збільшується її опір .
Отримані при фільтрації опади діляться за своїми властивостями на стискувані, у яких пухка структура частинок під впливом тиску деформується із зменшенням розміру пор та обсягу осаду, і нестискувані, у яких розмір пір між частинками, обсяг і пористість осаду в процесі фільтрації практично не змінюються. До першої групи опадів відносяться аморфні і колоїдні, до другої - опади, що мають кристалічну структуру. Опади бікарбонату натрію відносяться до другої групи.
На содових заводах для поділу суспензії бікарбонату натрію застосовують обертові барабанні вакуум-фільтри, що працюють під розрідженням. Нормальна робота вакуум-фільтрів у значній мірі залежить від розмірів кристалів бікарбонату натрію, що надходять на фільтрацію.
Технологічна схема відділення фільтрації
Суспензія бікарбонату натрію з мірників карбонізаціонной колон надходить у колектор 2, розподіляє її по окремих фільтрам. З колектора 2 суспензія самопливом подається в корито 9 вакуум-фільтра, що має мішалку 1. Фільтруючий барабан 7 приблизно на 1 / 3 занурений у суспензію NaHCO 3, що знаходиться в кориті 9. Для нормальної роботи фільтра важливо, щоб висота занурення фільтруючого барабана в суспензію залишалася незмінною. Надлишок суспензії з корита 9 безперервно через перелив перетікає до збірки 16 з мішалкою. Зі збірки 16 насос 15 повертає суспензію в коллектор2. Хитна мішалка 1 не дозволяє частинкам NaHCO 3 осідати на дно корита 9. Через фільтруючу тканину під впливом вакууму всередину барабана проходять рідина, промивна вода і повітря.
Рис.10. Типова технологічна схема відділення фільтрації:
1-мішалка; - распределітеьний колектор; 3-корито для розподілу промивної води; 4-напірний бачок для промивної води; 5-трубопровід стисненого повітря; 6-віджимною валик; 7-фільтруючий барабан; 8-зрізують ніж; 9-корито вакуум- фільтру; 10-транспортер сирого бікарбонату; 11 - сепаратор; 12-барометрична труба; 13-збірник фільтрової рідини; 14,15-насоси; 16-збірник з мішалкою для суспензії.
Повітря, відфільтрована рідину і промивна вода з внутрішньої частини барабана 7 йдуть в сепаратор 11, де повітря відокремлюється від рідкої фази і йде на ПВФЛ.
Фільтрат з сепаратора 11 по барометричної трубі 12 йде до збірки фільтрової рідини 13, звідки насосом 14 відкачується на дистиляцію.
При обертанні барабана пристав до фільтруючої поверхні шар бікарбонату натрію потрапляє під віджимною валик 6 для ліквідації утворюються на поверхні осаду тріщин, через які можуть потрапляти всередину барабана повітря і промивна вода. Після віджимною валика осад промивається слабкою рідиною або водою, що надходить з напірного бачка 4 для промивної води в корито 3, розподіляє воду рівним струменем по ширині барабана. Кількість подається на промивання води регулюють за допомогою крана, встановленого між напірним бачком 4 і коритом 3. Промивна вода змішується з фільтрової рідиною всередині барабана і разом з нею йде в сепаратор 11.
Промитий бікарбонат натрію знову ущільнюється другим за напрямком обертання барабана віджимним валиком 6, підсушується просмоктується через шар осаду повітрям, що подається по трубопроводу 5, і зрізається з фільтруючої тканини ножем 8 на транспортер 10, який подає сирої бікарбонат натрію в содову піч.

Кальцинація гідрокарбонату натрію

Кальцинація - термічний розклад гідрокарбонату натрію - є заключною стадією у виробництві кальцинованої соди. Основним призначенням відділення кальцинації є отримання певної кількості кальцинованої соди у вигляді безперервного матеріального потоку.
Технічний бікарбонат натрію повинен мати білий колір. Поява забарвлення вказує на корозію сталевих апаратів у відділеннях абсорбції і карбонізації. Забарвлює осад окис заліза, потрапляє в нього в результаті корозії.
Процес кальцинації можна показати рівнянням:
2 NaHCO 3 (тв.) = Na 2 CO 3 (тв.) + СО 2 (газ) + Н 2 О (пар).
Крім цієї основної реакції при нагріванні технічного бікарбонату можуть протікати додаткові реакції:
(NH 4) 2 CO 3 ↔ 2NH 3 (газ) + СО 2 (газ) + Н 2 О (пар),
NH +4 HCO 3 ↔ 2NH 3 (газ) + СО 2 (газ) + Н 2 О (пар).
Хлористий амоній взаємодіє при нагріванні з бікарбонатом натрія з реакцією
NH 4 Cl (раств.) + NaHCO 3 (тв) ↔ NaCl (тв) + NH 3 (газ) + СО 2 (газ) + Н 2 О.
Карбамат натрію в присутності води при нагріванні переходить в соду відповідно до реакції
2NaCO 2 NH 2 + Н 2 О ↔ Na 2 CO 3 (тв.) + СО 2 (газ) +2 NH 3 (газ).
Таким чином, в результаті кальцинації у твердій фазі залишаються Na 2 CO 3 і NaCl, а в газову фазу переходять NH 3, СО 2 і Н 2 О.
Наявність вологи в гідрокарбонат ускладнює апаратурне оформлення, так як вологий гідрокарбонат натрію малосипуч, грудкує і налипає на стінки апаратів. Останнє пояснюється тим, що волога, що представляє собою насичений розчин NaHCO 3, при контакті з гарячою поверхнею інтенсивно випаровується. Виділяється тверда фаза, кристалізуючись, утворює щільно прилипає до поверхні кірку.
Твердий шар соди, що володіє низькою теплопровідністю, погіршує теплопередачу, а в содових печах, що обігріваються зовні топковим газами, - призводить до перегріву і прогорання стінки печі. Для боротьби з цим явищем вологий гідрокарбонат натрію змішують з гарячою содою (ретур). При цьому утворюється нова тверда фаза - трону (NaHCO 3 · Na 2 CO 3 · 2 Н 2 О). Вільна волога зв'язується в кристалізаційну, і продукт стає сипучим.
При кальцинації бікарбонату натрію і трони в газову фазу виділяються СО 2, NH 3 та водяні пари. Аміак і вуглекислий газ повинні бать повернуті у виробництво. Вуглекислий газ використовують в процесі карбонізації амонізованого розсолу, для чого корисно мати газ з високим вмістом СО 2.
Процес кристалізації можна розділити на три періоди по часу. Перший період характерний швидким підйомом температури. Розкладання бікарбонату н спостерігається, і все тепло витрачається на підігрів матеріалу, видалення кристалізаційної води з трони і розкладання вуглеамонійних солей. Другий період характеризується постійністю температури матеріалу (t ~ 125 ° С). Підводиться тепло витрачається на термічне розкладання NaHCO 3. третьому періоді температура реакційної маси починає різко зростати. Це говорить про те, що процес розкладання бікарбонату закінчився і підводиться тепло витрачається на нагрівання отриманої соди. На практиці для прискорення процесу розкладання NaHCO 3 температуру соди на виході з печі тримають в межах 140 - 160 ° С.

Технологічна схема процесу кальцинації
Рис. 11. Схема відділення кальцинації:
1 - парової конденсатор; 2 - живильний змішувач; 3.15 - чарункові живильники; 4,10 - стрічкові транспортери; 5 - віброживильники; 6-тічка-бункер; 7-плужковий скидачі; 8,9,14,16-транспортери; 11-циклон ; 12-колектор газу кальцинації; 13-сепаратор; 17-збірник конденсату; 18-відцентрові насоси; 19-збірник слабкої рідини; 20-холодильник газу кальцинації; 21-редукційна охолоджувальна установка (РОУ); 22-промивач газу кальцинації; 23 - збірник промивної рідини.
Відмитий па фільтрах вологий гідрокарбонат натрію з загального стрічкового транспортера 10 з плужковими скидачем 7 подається в бункер 6 віброживильники 5, звідки віброживильники і стрічковим транспортером 4 через осередковий живильник 3 подається в змішувач 2. У змішувач ж надходить ретурная сода і сода, відокремлювана від газів кальцинації в циклоні 11.
Підготовлену в змішувачі трону направляють в міжтрубний простір барабана кальцинатора 1. У результаті теплової обробки трони отримують кальциновану соду і гази кальцинації. Кальцинована сода через осередковий живильник 15 виводиться з кальцинатора і надходить па систему транспортерів 8, 9, 16. З похилого транспортера 8 через живильник проводиться відбір соди в змішувач. Решта сода транспортерами 9, 14 подається на склад.
Гази кальцинації видаляються з кальцинатора через змішувач 2, в якому за допомогою компресора створюється вакуум. По дорозі до компресора гази проходять сухе очищення в циклонах 11 і мокру - в цеховому колекторі газу кальцинації 12 і промивача 22. Перед промивача гази кальцинації охолоджуються в холодильнику 20.
На зрошення в колектор газу кальцинації подають так звану слабку рідина, що утворюється при конденсації водяної пари у холодильнику газів кальцинації. Ця рідина, стикаючись з газом, поглинає частково аміак і содову пил, стікаючи після цього в збірник 19.
У холодильнику 20 газ проходить зверху вниз по міжтрубному просторі, а в трубках протитечією рухається охолоджуюча вода. Для попередження закрісталлізовивання трубок холодильника і кращої промивання газу від содової пилу міжтрубний простір зрошується слабкою рідиною. У промивача газ зрошується водою, при цьому він додатково охолоджується і повністю відмивається від соди і аміаку.
Для обігріву кальцинатора подають водяну пару високого тиску. Перед подачею в кальцинаторів він проходить редукційну охолоджувальну установку (РОУ), де його температура знижується до 270 ° С, а тиск - до 3 МПа. У трубках кальцинатора пара конденсується, віддаючи тепло кальцініруемому матеріалу. Конденсат з кальцинатора виводиться в збірник конденсату 17 і далі в розширювачі, де перетворюється в пар низького тиску.
Технологічна схема відділення кальцинації соди при використанні содових печей з ретурним харчуванням аналогічна розглянутої. При використанні печей з безретурним харчуванням вологий гідрокарбонат натрію подається в барабан печі спеціальним забрасивателем. Змішання його з содою відбувається всередині печі, тому з технологічної схеми виключається змішувач, і спрощується транспортування соди.
Зміст Na 2 CO 3 і домішок у соді залежить від складу вихідного гідрокарбонату натрію і температури процесу; остання визначається зазвичай температурою вивантажуваний соди.
Температурний режим у печах обумовлений як умовами проведення процесу, так і тривалістю термообробки матеріалу в цих апаратах. При коефіцієнті заповнення барабана 0,3 перебування матеріалу в содовій ретурной печі складає близько години, у паровому кальцинаторів - 20-25 хв. Підвищення температури кальцинації в безретурних печах обумовлено, очевидно, комкообразованіем при змішанні вологого гідрокарбонату натрію з содою. У цих умовах підвищення температури необхідно для завершення процесу кальцинації у всій масі великих гранул.

Переробка вторинних матеріальних ресурсів виробництва соди аміачним способом

З технологічного циклу виробництва кальцинованої соди аміачним способом виводяться дістіллерная суспензія, яку можна розділити на освітлену рідину і твердий шлам; тверді шлами після стадії рассолоочісткі; газоподібні речовини.
Якщо газові викиди містять речовини в межах гранично допустимих норм, їх виводять в атмосферу. Однак осветленную дістіллерную рідину і тверді шлами необхідно переробляти в продукти, корисні для господарської діяльності людини. У зв'язку з цим осветленную дістіллерную рідину і шлами слід розглядати не як відходи содового виробництва, а як вторинні матеріальні ресурси (BMP).
У літературі широке поширення отримали терміни «безвідходна» і «Маловідходна» технологія отримання того чи іншого продукту.
При створенні маловідходної, або екологічно раціональної, технологією прагнуть забезпечити потребу в даному продукті найбільш повним використанням природних ресурсів (матеріальних та енергетичних), тобто передбачається організація переробки вторинних матеріальних ресурсів і виключення шкідливих викидів в атмосферу і водоймища, а також максимальне скорочення втрат тепла в навколишнє середовище.
До теперішнього часу визначилися такі основні напрями у створенні екологічно раціональних технологічних процесів:
1) розробка технологічних систем і водооборотних циклів з висновком рідких відходів і викидом шкідливих газів, що допускаються межах для даного регіону;
2) переробка вторинних матеріальних ресурсів (BMP) в корисні продукти;
3) зниження втрат тепла в навколишнє середовище за рахунок утилізації вторинних енергоресурсів (ВЕР);
4) створення територіально-промислових комплексів з замкнутою структурою матеріальних потоків сировини та відходів
Маловідходних комплекс виробництва кальцинованої соди має дві системи водообігу, що споживають близько 18,0 м 3 свіжої води на виробництво 1 т соди, близько 2 м 3 води на стадію фільтрації шламу з дістіллерной суспензії, а крім того, приблизно 18 м 3 витрачається на інші технологічні потреби (всього 38 м 3 на 1 т соди).
Споживання свіжої води може бути скорочено за рахунок наступного:
а) застосування шламів дистиляції з концентрацією хлорид - іонів 8% (тобто без промивання на стадії фільтрації) для отримання корисних продуктів. У цьому випадку на гасіння вапна будуть спрямовані слабомінералізовані стоки, а не промивні води фільтрації шламу (споживання води скорочується на 2,0 м 3 / т соди):
б) ліквідації стоку, що виводиться із водообігового системи виробництва соди па рассолопромисел для розчинення солі, і виведення стоку з водообігового системи хлориду кальцію для спеціального очищення. У цьому випадку споживання води скорочується приблизно па 9,0 м 3 / т соди;
в) очищення від зважених речовин, оксиду та діоксиду вуглецю слабомінералізованої стоку після вапняного цеху; стік може далі прямувати на повторне використання; ветом випадку споживання води скорочується приблизно на 8,5 м 3 / т соди;
г) використання умовно чистого конденсату в водообігового системі хлориду кальцію з економією води близько 6 м 3 / т соди.
Після завершення виконуваних зараз дослідних робіт можна очікувати зниження споживання свіжої води приблизно до 10 м е на 1 т соди зі створенням передумов реалізації безстічної схеми виробництва. Останнє передбачає використання для підживлення оборотної системи водопостачання поверхневих стічних вод (зливові та талі води), обсяг яких залежить від розташування підприємства, кліматичних умов і займаної площі; в середньому цей обсяг складає 0,3-0,6 м 3 / т соди.
Виробництво хлориду кальцію
При створенні маловідходного комплексу виробництва соди передбачається впровадження високоефективної технології переробки освітленої дістеллерной рідини, яка може або перероблятися за отриманням хлориду кальцію, або після відповідної підготовки закачуватися в нафтові свердловини.
Дістіллерная рідина є водний розчин мінеральних солей, основними компонентами якого є хлорид кальцію (10-14%) і хлорид натрію {5-7%). Описуваний нижче спосіб отримання хлориду кальцію з одночасним виділенням хлориду натрію заснований на концентруванні водного розчину цих солей.
Застосування одержуваного хлориду кальцію в народному господарстві засноване на його високій гігроскопічності, тобто здатності поглинати з повітря значні кількості вологи і легко розчинятися у воді; зниженою в порівнянні з водою температурі замерзання і підвищеній температурі кипіння концентрованих розчинів.
Основними споживачами хлориду кальцію є хімічна промисловість (виробництво синтетичного каучуку, флотаційні процеси та ін), холодильна техніка, будівництво (збільшує швидкість схоплювання бетону), кольорова металургія (виготовлення кальційвмісних сплавів бабітів), обробка руд для запобігання змерзання, текстильна промисловість та інші галузі народного господарства.
Основним споживачем попутно одержуваного хлориду натрію є сільське господарство (приготування комбікормів і кормосумішей), іноді NaCl повертають в голову процесу для отримання соди.
Закачка дістеллерной рідини в нафтові свердловини
Другий варіант утилізації дістіллерной рідини - використання її після спеціальної підготовки для закачування в нафтові свердловини. Якщо виробництво соди розташоване в районі видобутку нафти, то цей варіант має наступні переваги:
виключається потреба нафтопромислів у свіжій воді;
збільшується нефтеотдача за рахунок використання рідини з більшою густиною;
відпадає необхідність витрати великої кількості тепла для випаровування води у виробництві хлориду кальцію при виділенні солей, що містяться в дістіллерной рідини;
можливість використання для підготовки рідини накопичувачі - «білі моря», - традиційно розташовуються біля кожного заводу, що виробляє соду аміачним способом.
Спосіб підготовки дістіллерной рідини, використовуваної для закачування, включає наступні стадії:
відстій дістіллерной суспензії в накопичувачі «біле море»;
розведення освітленої дістіллерной рідини водою з метою зняття пересичення по гіпсу;
карбонізація розведеною дістіллерной рідини газом вапняних печей у присутності ретурного шламу;
відстоювання і транспортування прокарбонізованной дістіллерной рідини.
Очищення газу від шкідливих викидів атмосферу
Вище, при описі технологічної схеми отримання вапна, були описані системи, що дозволяють скоротити викиди пилу до гранично допустимих норм. Однак до теперішнього часу серйозною проблемою було скорочення (виключення) викидів в атмосферу токсичних газів: оксиду вуглецю і діоксиду сірки, які утворюються в кількості 27 кг З і 5,6 кг SO 2 на 1 т соди. Для цієї мети розроблено апарат регенеративного типу для допалювання токсичних газів, що складається з двох реакційних камер, сполучених між собою через камеру згоряння. У камері згоряння відбувається інтенсивна турбулізація потоку технологічного газу, що містить токсичні горючі компоненти і незначна кількість (1-2%) кисню. Інтенсивна турбулізація забезпечує попереднє допалювання домішок (зокрема, смолистих сполук) на розвиненою нагрітої поверхні перед подачею газової суміші на каталізатор. В якості каталізатора застосовують боксит, на поверхні якого відбувається безполум'яної спалювання оксиду вуглецю, сірководню та інших токсичних горючих домішок при температурі 750-800 ° С. Процес проводять у нестаціонарному режимі при періодичних змінах напрямку подачі в реакційні камери знешкоджує газу з низькою температурою. Найкращим є режим, при якому не витрачається природний газ, а необхідні температури в зонах підтримують за рахунок тепла, що виділяється при допалювання газів.
Апарат випробуваний у процесі знешкодження оксиду вуглецю в відходять газах вапняно-випалювальних печей. При вмісті в технологічному газі 1,5-2,3% СО апарат працює в автотермічний режимі. Відходять гази являють собою вторинні енергетичні ресурси.

Схема виробництва соди аміачним способом
SHAPE \ * MERGEFORMAT
1-напірний бак; 2-абсорбер; 3-карбонізаціонной (осаджувальна) колона; 4-холодильник; 5-фільтр; 6-колона дистиляції (дистилятор); 7-содова піч (сушарка); 8-компресор; 9-промивач газу ізвестковообжігових печей; 10-ізвестковообжіговя піч; 11-апарат для гасіння вапна.

Список літератури

1. Зайцев І.Д., Гаткач Г.А., Стоєв Н.Д. «Виробництво соди». - М.: «Хімія», 1986р.
2. Сасс - Тисовський Б.А. «Виробництво соди». - Л.: «Ленхімсектор», 1932р.
3. Шокін І.М., Крашенніков С.А. «Технологія кальцинованої соди і очищеного бікарбонату натрію». - М.: «Вища школа», 1969 р .
4. «Загальна хімічна технологія та основи промислової екології». Під ред. Ксьонзенко. - М.: «Колос», 2003р.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
172.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Матеріальне виробництво та виробництво послуг суть і відмінності
Виробництво 43
Особливу виробництво 4
Виробництво газобетону
Виробництво і культура
Виробництво квасу
Пивоварне виробництво
Касаційне виробництво 2
Виробництво керамзитобетону
© Усі права захищені
написати до нас