Способ получения кальцинированной соды. Технологическая схема получения известкового молока. Технологическая схема отделения фильтрации

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

Осажденный в процессе карбонизации гидрокарбонат натрия отделяется от маточной (фильтровой) жидкости на обычных барабанных вакуум-фильтрах и при нагревании подвергается разложению, или кальцинации.

Опыт показывает, что аммиак нельзя отмыть при промывке осадка, его не удается полностью удалить даже при нагревании до 100 °С. С помощью хими

ческого анализа установлено, что аммиак в техническом гидрокарбонате находится в виде карбамата натрия. Выделение его в твердую фазу происходит на протяжении всего процесса кристаллизации NaHCО3 в карбонизационной колонне, т. е. карбамат натрия соосаждается вместе с гидрокарбонатом натрия. Его кристаллы включаются в кристаллическую решетку NaHCО3, что и объясняет трудность удаления аммиака путем промывки.

Карбонат натрия Na2CО3 может образоваться при гидролизе NaHCО3 и декарбонизации растворенного NaHCО3, на фильтpax. Объяснить присутствие Na2CО3 в техническом гидрокарбонате кристаллизацией Na2CО3 в процессе карбонизации нельзя ввиду малой концентрации СО32~ в карбонизуемом растворе.

При снижении давления СО2 над суспензией при выходе ее из карбонизационной колонны и на вакуум-фильтре протекает процесс ретроградации, т. е. переход осажденного NaHCО3 в раствор и его взаимодействие с NH4C1. В результате этого, а также вследствие растворения NaHCО3 в промывной воде, наблюдается повышение прямого титра жидкости после фильтров на 0,5-1,5 н. д., несмотря на разбавление ее промывной водой и выдувание на фильтре некоторого количества аммиака. Степень использования (f/Na) после фильтров уменьшается примерно на 2,5% по сравнению с этим показателем для суспензии, выходящей из колонны, где U^a в среднем составляет 73%. Следовательно, потери NaHCО3 на фильтрах достигают примерно 3,5%.

Отфильтрованный и промытый осадок гидрокарбоната натрия подвергается термическому разложению - кальцинации. Сухой NaHCО3 разлагается по реакции:

С повышением температуры равновесие реакции сдвигается вправо. С точки зрения правила фаз эта система имеет одну степень свободы. Следовательно, равновесное давление газовой фазы будет зависеть только от температуры.

При разложении влажного гидрокарбоната количество компонентов и фаз увеличивается на единицу, а, следовательно, система остается моновариантной, т. е. и для влажной соли NaHCО3 каждой температуре будет соответствовать определенное равновесное давление газовой фазы.

Влага в гидрокарбонате по существу является его насыщенным раствором, поэтому равновесное давление газовой фазы над влажным NaHCО3 определяется равновесным давлением над насыщенным раствором этой соли. При данной температуре это давление выше, чем над сухим гидрокарбонатом. Поэтому при нагревании влажной соли вначале разлагается растворенный гидрокарбонат с выделением в газовую фазу не только влаги, но и диоксида углерода (рис. 38). После удаления влаги равновесное давление над оставшимся сухим гидрокарбонатом снижается, в связи с чем его разложение становится затруднительным. С помощью термограмм было установлено, что разложение сухого NaHCО3 при суммарном давлении образующихся С02 и Н20, равном 98 кПа (1 кгс/см2), протекает при 120°С по реакции (1).

Влажный NaHCО3, как видно из рис. 38, может разлагаться и при температуре 110°С. При доступе в зону разложения воздуха или другого газа, снижающего суммарное давление Рсо2+Рн2о над осадком, разложение может протекать и при более низких температурах.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА КАЛЬЦИНАЦИИ

На рис. показана технологическая схема процесса кальцинации с использованием огневых с наружным факельным обогревом печей, работающих с применением ретурной соды.

Суспензия, получаемая в колоннах и содержащая 26% (масс.) осажденного NaHCО3, поступает на вакуум-фильтры 6, где осадок отделяется от маточной жидкости. Вместе с промывной водой маточник направляется в отделение дистилляции для регенерации аммиака. Воздух, прошедший через слой осадка и фильтрующую ткань, отсасывается из сепаратора фильтра вакуум-насосом через промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ), находящийся в отделении абсорбции.

Промытый сырой NaHCО3 с вакуум-фильтра подается скребковым или ленточным транспортером 4 в приемник 3 с вертикальной мешалкой, которая разрыхляет и проталкивает сырую соль в питатель 2 и далее в смеситель /. Сюда же шнековым транспортером 7 подается горячая ретурная сода в заданном соотношении. Полученная смесь поступает далее во вращающуюся барабанную содовую печь 22, где и протекает процесс кальцинации.

Готовая сода из содовой печи с помощью выгружного шнека 17 и передаточного шнека 18 передается в общий сборный шнековый транспортер 19, а затем к элеватору 16. Элеватор разгружает соду на транспортер И, из которого с помощью распределительного шнека 9 часть соды (ретур) распределяется по содовым печам, а часть - готовая продукция - передается на склад в бункеры 15 транспортером 8. В Стерлитамакском ПО «Сода» движение сырого гидрокарбоната к печам и готовой соды несколько иное, однако для условий работы ретурной печи принципиального значения это не имеет.

Технологическая схема отделения кальцинации с ретурным питанием содовых печей: 1 - смеситель; 2 - питатель; 3 - приемник; 4 - скребковый транспортер; 5 - бункер- 6 - вакуум-фильтр; 7, 11, 18, 19 - шнековые транспортеры; 8, 9 - транспортные трубы- " 10 - циклон; 12 - коллектор газа содовых печей; 13 - холодильник газа содовых печей- 14 - промыватель газа содовых печей; 15 - сборник слабой жидкости- 16 - элеватор, 17 - выгружной шнек; 20 - боров; 21 - газоход; 22 - содовая печь- 23 - топка

Газ, выходящий из содовых печей при 150°С, содержит СО2, NH3, водяной пар и содовую пыль и направляется в циклон 10, где большая часть содовой пыли улавливается и передается обратно в содовую печь шнековым транспортером 7. Из циклона газ поступает в общий для всех печей газоход 12 - коллектор газа содовых печей, орошаемый внутри слабой жидкостью, которую получают при охлаждении газа в том же коллекторе до 80 °С и далее в холодильнике газа содовых печей (ХГСП) 13 до 38 °С.

Образующийся конденсат извлекает из газа оставшуюся после циклона содовую пыль, NH3 и СО2. Этот раствор, содержащий Na2C03, NаНСОз и углеаммонийные соли, называют слабой жидкостью. Часть этой жидкости возвращается обратно на орошение коллектора газа содовых печей, а часть направляется в отделение дистилляции для отгонки NH3 и С02 и затем - на вакуум-фильтры для промывки гидрокарбоната натрия.

Коллектор газа содовых печей имеет уклон в сторону холодильника ХГСП, поэтому слабая жидкость из коллектора стекает в холодильник, орошая охлаждающие трубки, и вместе с дополнительно образующимся в холодильнике 13 конденсатом стекает в сборник слабой жидкости 15. В холодильнике 13 газ идет сверху вниз в межтрубном пространстве, а в трубках противотоком проходит охлаждающая вода.

3.4.1 Физико-химические основы процесса

Осажденный в процессе карбонизации гидрокарбонат натрия отделяется от маточной (фильтровой) жидкости на обычных ба­рабанных вакуум-фильтрах и при нагревании подвергается раз­ложению, или кальцинации.

Отфильтрованный и промытый гидрокарбонат натрия содержит следующие вещества (в % масс.):

Собственно гидрокарбонат натрия – 76-80;

Карбонаты (в пересчете на карбонат натрия) - 2-6;

Общий аммиак - 0,6-0,8;

Общий хлорид-ион (в пересчете на хлорид натрия) - 0,2-0,4;

Вода – 14-18.

Опыт работы показывает, что аммиак нельзя отмыть при промывке осадка, его не удается полностью удалить даже при нагревании до 100 °С. С помощью данных химического анализа установлено, что аммиак в техническом гидрокарбонате натрия находится в виде карбамата натрия. Выделение его в твердую фазу происходит на про­тяжении всего процесса кристаллизации в карбониза­ционной колонне, т. е. карбамат натрия соосаждается вместе с гидрокарбонатом натрия. Его кристаллы включаются в крис­таллическую решетку гидрокарбоната натрия, что и объясняет трудность уда­ления аммиака путем промывки.

Карбонат натрия Nа 2 СO 3 может образоваться при гидролизе гидрокарбоната натрия и декарбонизации растворенного гидрокарбоната натрия на фильтрах. Объяснить присутствие карбоната натрия в техническом гидрокарбо­нате его кристаллизацией в процессе карбонизации нельзя ввиду малой концентрации карбонат-иона в карбонизуемом растворе.

При снижении давления диоксида углерода над суспензией при выходе ее из карбонизационной колонны и на вакуум-фильтре протекает процесс ретроградации, т. е. переход осажденного гидрокарбоната натрия в раствор и его взаимодействие с хлоридом аммония. В результате этого, а также вследствие растворения гидрокарбоната натрия в промывной воде, на­блюдается повышение прямого титра жидкости после фильтров на 0,5-1,5 н.д., несмотря на разбавление ее промывной водой и выдувание на фильтре некоторого количества аммиака. Сте­пень использования U N а после фильтров уменьшается при­мерно на 2,5 % по сравнению с этим показателем для суспензии, выходящей из колонны, где U N а в среднем составляет 73 %. Следовательно, потери гидрокарбоната натрия на фильтрах достигают пример­но 3,5 %.

Отфильтрованный и промытый осадок гидрокарбоната нат­рия подвергается термическому разложению - кальцинации. Сухой гидрокарбонат натрия разлагается по реакции:

2NaНСO 3 (тв.) → Nа 2 СO 3 (тв.) + СO 2 (г) + Н 2 O (п) - 125,6 кДж. (3.7)

С повышением температуры равновесие реакции сдвигается вправо. С точки зрения правила фаз эта система имеет одну степень свободы. Следовательно, равновесное давление газовой фазы будет зависеть только от температуры. При разложении влажного гидрокарбоната натрия количество компо­нентов и фаз увеличивается на единицу, а, следовательно, сис­тема остается моновариантной, т. е. и для влажной соли каждой температуре будет соответствовать определенное рав­новесное давление газовой фазы.

Влага в гидрокарбонате натрия по существу является его насыщен­ным раствором, поэтому равновесное давление газовой фазы над влажной солью определяется равновесным давлением над насыщенным раствором этой соли. При данной температуре это давление выше, чем над сухим гидрокарбонатом натрия. Поэтому при нагревании влажной соли вначале разлагается растворен­ный гидрокарбонат натрия с выделением в газовую фазу не только влаги, но и диоксида углерода. После удаления влаги равновесное давление над оставшимся сухим гидрокарбонатом натрия снижается, в связи с чем его разложение становится затрудни­тельным. С помощью термограмм было установлено, что раз­ложение сухого гидрокарбоната при суммарном давлении образующих­ся диоксида углерода и водяных паров, равном 98 кПа (1 кгс/см 2), протекает при температуре 120 °С по реакции (3.7).

Влажный гидрокарбонат натрия может разлагаться и при температуре 110 °С. При доступе в зону разложения воз­духа или другого газа, снижающего суммарное давление Pсо 2 +Рн 2 о над осадком, разложение может протекать и при более низких температурах.

В практических условиях процесс каль­цинации сырого тех­нического гидрокарбоната натрия осложняется присутствием примесей и большого количества влаги, что вызывает комкование соли, ухудшает его перемешивание и процесс теплопередачи. Кроме того, при испарении влаги, представляющей собой насыщенный раствор солей, выделяется твердая фаза, которая, кристаллизуясь на стенках печи, образует плотно пристающую к поверхности стенки корку. Твердый слой соли, обладающий плохой теплопроводностью, ухудшает теплопередачу и может служить причиной прогорания стальной, обогреваемой снаружи, стенки печи. Чтобы исключить эти недостатки, сырой тех­нический гидрокарбонат перед кальцинацией смешивают с готовой горячей содой (ретурная сода). При этом образуется, как показали микроскопические и рентгенографические исследования, новая твердая фаза - трона Nа 2 СО 3 ×NаНСО 3 ×2Н 2 O:

NaНСO 3 (тв.) + Nа 2 СO 3 (тв.) + 2Н 2 O (ж) → Nа 2 СO 3 ×NaНСO 3 ×.2Н 2 O (тв.)

21,9 кДж. (3.8)

Таким образом, гигроскопическая влага гидрокарбоната натрия пе­реходит при образовании троны в кристаллизационную воду. Смесь становится сухой, рассыпчатой, и кальцинация такой смеси проходит без осложнений. Разложение троны протекает по реакции:

3(Na 2 СO 3 ×NаНСO 3 ×2Н 2 O) (тв.) → Nа 2 СO 3 ×3NaНСO 3 (тв.) + 2Na 2 СO 3 (тв.) + 6Н 2 O (г) - 320,3 кДж. (3.9)

с последующим разложением двойной соли до карбоната натрия Nа 2 СО 3 .

Таким образом, на практике процесс кальцинации должен осуществляться при темпе­ратуре не ниже 126 °С. Однако для ускорения процесса темпе­ратуру повышают до 140 °С и более.

Кроме влаги, технический гидрокарбонат натрия содержит также карбамат натрия, кристаллы которого включены в его кристаллическую решетку. При образовании троны проис­ходит разрушение кристаллической решетки гидрокарбоната и карбамат легко разлагается в присутствии водяного пара с образованием карбоната натрия Nа 2 СО 3 .

С фильтровой жидкостью в технический гидрокарбонат нат­рия попадают примеси карбоната и хлорида аммония. Карбонат аммония легко разлагается, а хлорид аммония реагирует с гидрокарбонатом натрия, загрязняя при этом соду образующимся хлоридом натрия. Таким образом, в процессе кальцинации технического гидрокарбоната натрия помимо вышеуказанных реакций протекают также следующие основные реакции:

2NаНСO 3 = Na 2 СO 3 + СO 2 + Н 2 O,

NH 4 С1 + NaНСO 3 = NaС1 + NH 3 + Н 2 O + СO 2 .

Наиболее легко протекают реакции (3.9) и последняя, несколько труднее - другие реакции и, наконец, наиболее медленно, лимитирующая скорость всего процесса - реакция разложения двойной соли.

Исследования кинетики процесса кальцинации показывают, что разложение гидрокарбоната натрия протекает, главным об­разом, в тепловой области, т. е. скорость разложения зависит от скорости подвода тепла к зоне разложения, т. е. от удельной поверхности теплообмена, ее температуры и гидродинамических условий. В практических условиях в присутствии ретурной соды для полного разложения гидро­карбоната натрия требуется, однако, значительно более продолжи­тельное время.

3.4.2 Технологическая схема отделения карбонизации

На рисунке 3.4 показана технологическая схема процесса кальцина­ции с использованием огневых с наружным факельным обогре­вом печей, работающих с применением ретурной соды.

Рисунок 3.4 – Технологическая схема отделения кальцинации

Суспензия, получаемая в колоннах и содержащая 26 % масс. осажденного гидрокарбоната натрия, поступает на вакуум-фильт­ры 6, где осадок отделяется от маточной жидкости. Вместе с промывной водой маточник направляется в отделение дистил­ляции для регенерации аммиака. Воздух, прошедший через слой осадка и фильтрующую ткань, отсасывается из сепарато­ра фильтра вакуум-насосом через промыватель воздуха фильт­ров ПВФЛ, находящийся в отделении аммонизации-абсорбции.

Промытый сырой гидрокарбонат натрия с вакуум-фильтра подается скребковым или ленточным транспортером 4 в приемник 3 с вертикаль­ной мешалкой, которая раз­рыхляет и проталкивает сырую соль в питатель 2 и далее в смеситель 1. Сюда же шнековым транспортером 7 по­дается горячая ретурная сода в заданном соотношении. Полу­ченная смесь поступает далее во вращающуюся барабанную содовую печь 22, где и протекает процесс кальцинации.

Готовая кальцинированная сода из содовой печи с помощью выгружного шнека 17 и передаточного шнека 18 передается в общий сборный шнековый транспортер 19, а затем к элеватору 16. Элеватор разгружает соду на транспортер 11, из которого с помощью распределительного шнека 9 часть соды (ретурная сода) распределя­ется по содовым печам, а часть - готовая продукция - переда­ется на склад в бункеры 5 транспортером 8.

Газ, выходящий из содовых печей при температуре 150 °С, содержит диоксид углерода, аммиак, водяной пар и содовую пыль. Этот газ направляется в циклон 10, где большая часть содовой пыли улавливается и передается об­ратно в содовую печь шнековым транспортером 7. Из циклона газ поступает в общий для всех печей газоход 12 - коллектор газа содовых печей, орошаемый внутри слабой жидкостью, ко­торую получают при охлаждении газа в том же коллекторе до температуры 80 °С, а далее в холодильнике газа содовых печей ХГСП 13 до температуры 38 °С.

Образующийся конденсат извлекает из газа оставшуюся пос­ле циклона содовую пыль, аммиак и диоксид углерода. Этот раствор, содержа­щий гидрокарбонат и карбонат натрия, углеаммонийные соли, называют сла­бой жидкостью. Часть этой жидкости возвращается обратно на орошение коллектора газа содовых печей, а часть направляется в отделение дистилляции для отгонки аммиака и диоксида углерода, после чего направляется на вакуум-фильтры для промывки гидрокарбоната натрия.

Коллектор газа содовых печей имеет уклон в сторону холо­дильника газа содовых печей ХГСП, поэтому слабая жидкость из коллектора стека­ет в холодильник, орошая охлаждающие трубки, и вместе с дополнительно образующимся в холодильнике 13 конденсатом сте­кает в сборник слабой жидкости 15. В холодильнике 13 газ идет сверху вниз в межтрубном пространстве, а в трубках противотоком проходит охлаждающая вода.

В холодильник газа содовый печей ХГСП поступает также газ из промывателя газа абсорбции ПГАБ с целью повышения степени использова­ния диоксида углерода, оставшегося в газе после аммонизации рассола. Из холодильника газа содовых печей ХГСП газ идет для окончательной очистки и охлаж­дения в промыватель газа содовых печей ПГСП 14 скрубберного типа, в котором хордовая насадка орошается сверху во­дой. Скрубберную жидкость после промывателя газа содовых печей ПГСП добавляют к слабой жидкости. Охлажденный и очищенный газ после промывателя газа содовых печей ПГСП смеши­вают с газом известковых печей и подают компрессором в кар­бонизационные колонны. На некоторых содовых заводах холо­дильник и промыватель газа содовых печей объединены в одну колонну.

Уже с начала XIX в. химики пытались найти способ получения соды путем превращения хлорида натрия в карбонат натрия без использования серной кислоты. В 1810 г. А. Фреснель получил соду действием аммиака и углекислого газа на раствор поваренной соли, однако его метод не стал промышленным. По этому же пути пошли в 30-е годы Д. Хэмминг и Г. Дьар. Они тоже пропускали аммиак и углекислый газ в водный раствор поваренной соли. При этом выпадал плохо растворимый гидрокарбонат натрия. NaНСО 3 , переходивший при нагревании в соду. Для промышленности этот метод оказался нерентабельным, так как не был найден способ регенерации аммиака.

Наконец, Эрнесту Сольве удалось найти способ регенерации аммиака и некоторого количества углекислого газа и сделать весь процесс непрерывным. Сольве сконструировал новое оборудование и машины. В результате многолетних экспериментов он установил оптимальные условия для получения высоких выходов гидрокарбоната натрия.

Отец Эрнеста Сольве был владельцем каменоломни и солеварни в г. Ребеке (около Брюсселя). Эрнест родился в 1838 г. В юности он много болел и свою мечту - занятия химией - вынужден был осуществить только путем самообразования. Позднее Сольве работал на заводе по производству газа, принадлежавшему его дяде, и пытался найти способы утилизации вредных побочных продуктов, образующихся при получении газа (в частности, аммиачной воды). Кроме того, Сольве искал способ получения соды из раствора поваренной соли, аммиака и углекислого газа.

Преимущества разработанного Сольве аммиачного способа получения соды были очевидны. Во-первых, этот метод требовал значительно более низких температур и тем самым обеспечивал экономию угля. Во-вторых, вместо очищенной поваренной соли в этом методе можно было использовать рассолы, стоимость которых была значительно ниже. В-третьих, метод Сольве включал меньше стадий и, что очень важно, при этом не нужна была серная кислота. И наконец, метод Сольве не вызывал загрязнения окружающей среды и давал соду очень высокой чистоты. Сравним основные стадии обоих методов.

Производственные стадии по методу Леблана:

1. 2NаС1 + Н 2 SO 4 = Nа 2 SO 4 + 2НС1 (при температуре темно-красного каления).
2. Nа 2 SO 4 + 3С + СаО = Nа 2 СОз + СаS + 2СО (температура до 960 °С).
3. Выщелачивание.
4. Выпаривание и кристаллизация Na 2 СО 3 ∙10Н 2 О.
5. Кальцинирование с образованием Nа 2 СО 3 .
6. Частичная регенерация серы из сульфида кальция.

Производственные стадии по методу Сольве:

1. NaС1 + NН 3 + СO 2 + Н 2 O = NаНСО 3 + NН 4 С1 (образование NаНСО 3 происходит в водном растворе при 30-40°С).
2. Кальцинирование с образованием соды: 2NаНСО 3 = Nа 2 СО 3 + СО 2 + Н 2 О (СО 2 частично остается в замкнутом процессе).
3. Регенерация аммиака: 2NН 4 С1 + СаО = СаС1 2 + Н 2 0 + 2NН 3 .

Несмотря на преимущества метода Сольве , его автор вначале испытывал большие трудности. Основанная им в 1863 г. вблизи г. Шарлеруа (Бельгия) фабрика истощила все семейные капиталы. Только после создания в 1865 г. акционерного общества «Сольве и К°» продукция, получаемая этим методом, могла успешно конкурировать с предприятиями, работавшими по методу Леблана, а затем и победить их на международном рынке. Вскоре почти во всех странах возникли заводы по производству соды методом Сольве: в Англии (1871), Франции (1874), Германии, вблизи Вилена в Бадене (1880) и окрестностях Бернбурга (1883), США (1881), России (1883). Подобно Альфреду Нобелю, Сольве стал одним из самых богатых и влиятельных людей в мире. Он основал прекрасно оборудованный исследовательский институт, на своих заводах ввел в 1908 г. трехсменный график работы с восьмичасовым рабочим днем. Монопольное положение владельцев этих предприятий обеспечивало им колоссальные прибыли. Концерн Сольве стал одной из самых могущественных химических компаний.

Кальцинация гидрокарбоната натрия. Кальцинация - термическое разложение гидрокарбоната натрия - является заключительной стадией в производстве кальцинированной соды. Основным назначением отделения кальцинации является получение определенного количества кальцинированной соды в виде непрерывного материального потока.

Технический бикарбонат натрия должен иметь белый цвет. Появление окраски указывает на коррозию стальных аппаратов в отделениях абсорбции и карбонизации. Окрашивает осадок окись железа, попадающая в него в результате коррозии.

Процесс кальцинации можно показать уравнением 2 NaHCO3 тв. Na2CO3 тв. СО2 газ Н2О пар. Кроме этой основной реакции при нагревании технического бикарбоната могут протекать дополнительные реакции NH4 2CO3-2NH3 газ СО2 газ Н2О пар, NH4 HCO3-2NH3 газ СО2 газ Н2О пар. Хлористый аммоний взаимодействует при нагревании с бикарбонатом натрия по реакции NH4Cl раств.

NaHCO3 тв -NaCl тв NH3 газ СО2 газ Н2О. Карбамат натрия в присутствии воды при нагревании переходит в соду согласно реакции 2NaCO2NH2 Н2О- Na2CO3 тв. СО2 газ 2NH3 газ. Таким образом, в результате кальцинации в твердой фазе остаются Na2CO3 и NaCl, а в газовую фазу переходят NH3, СО2 и Н2О. Наличие влаги в гидрокарбонате усложняет аппаратурное оформление, так как влажный гидрокарбонат натрия малосыпуч, комкуется и налипает на стенки аппаратов.

Последнее объясняется тем, что влага, представляющая собой насыщенный раствор NaHCO3, при контакте с горячей поверхностью интенсивно испаряется.

Выделяющаяся твердая фаза, кристаллизуясь, образует плотно прилипающую к поверхности корку. Твердый слой соды, обладающей низкой теплопроводностью, ухудшает теплопередачу, а в содовых печах, обогреваемых снаружи топочными газами приводит к перегреву и прогоранию стенки печи. Для борьбы с этим явлением влажный гидрокарбонат натрия смешивают с горячей содой ретуром. При этом образуется новая твердая фаза - трона NaHCO3 Na2CO3 2 Н2О. Свободная влага связывается в кристаллизационную, и продукт становится сыпучим. При кальцинации бикарбоната натрия и троны в газовую фазу выделяются СО2, NH3 и водяные пары. Аммиак и углекислый газ должны бать возвращены в производство.

Углекислый газ используют в процессе карбонизации аммонизированного рассола, для чего полезно иметь газ с высоким содержанием СО2. Процесс кристаллизации можно разделить на три периода по времени. Первый период характерен быстрым подъемом температуры. Разложения бикарбоната н наблюдается, и все тепло расходуется на подогрев материала, удаление кристаллизационной воды из троны и разложение углеаммонийных солей.

Второй период характеризуется постоянством температуры материала t 125 С. Подводимое тепло расходуется на термическое разложение NaHCO3. третьем периоде температура реакционной массы начинает резко возрастать. Это говорит о том, что процесс разложения бикарбоната закончился и подводимое тепло расходуется на нагрев полученной соды. На практике для ускорения процесса разложения NaHCO3 температуру соды на выходе из печи держат в пределах 140 - 160 С. Технологическая схема процесса кальцинации Рис. 11. Схема отделения кальцинации 1- паровой конденсатор 2- питающий смеситель 3.15 - ячейковые питатели 4,10 - ленточные транспортеры 5 - вибропитатель 6-течка-бункер 7-плужковый сбрасыватель 8,9,14,16-транспортеры 11-циклон 12-коллектор газа кальцинации 13-сепаратор 17-сборник конденсата 18-центробежные насосы 19-сборник слабой жидкости 20-холодильник газа кальцинации 21-редукционная охладительная установка РОУ 22-промыватель газа кальцинации 23-сборник промывной жидкости.

Отмытый па фильтрах влажный гидрокарбонат натрия с общего ленточного транспортера 10 с плужковым сбрасывателем 7 подается в бункер 6 вибропитателя 5, откуда вибропитателем и ленточным транспортером 4 через ячейковый питатель 3 подается в смеситель 2. В смеситель же поступает ретурная сода и сода, отделяемая от газов кальцинации в циклоне 11. Подготовленную в смесителе трону направляют в межтрубное пространство барабана кальцинатора 1. В результате тепловой обработки троны получают кальцинированную соду и газы кальцинации.

Кальцинированная сода через ячейковый питатель 15 выводится из кальцинатора и поступает па систему транспортеров 8, 9, 16. С наклонного транспортера 8 через питатель производится отбор соды в смеситель. Остальная сода транспортерами 9, 14 подается на склад.

Газы кальцинации удаляются из кальцинатора через смеситель 2, в котором с помощью компрессора создается вакуум.

По пути к компрессору газы проходят сухую очистку в циклонах 11 и мокрую - в цеховом коллекторе газа кальцинации 12 и промывателе 22. Перед промывателем газы кальцинации охлаждаются в холодильнике 20. На орошение в коллектор газа кальцинации подают так называемую слабую жидкость, образующуюся при конденсации водяных паров в холодильнике газов кальцинации. Эта жидкость, соприкасаясь с газом, поглощает частично аммиак и содовую пыль, стекая после этого в сборник 19. В холодильнике 20 газ проходит сверху вниз по межтрубному пространству, а в трубках противотоком движется охлаждающая вода. Для предупреждения закристаллизовывання трубок холодильника и лучшей промывки газа от содовой пыли межтрубное пространство орошается слабой жидкостью. В промывателе газ орошается водой, при этом он дополнительно охлаждается и полностью отмывается от соды и аммиака.

Для обогрева кальцинатора подают водяной пар высокого давления. Перед подачей в кальцинатор он проходит редукционную охладительную установку РОУ, где его температура снижается до 270 С, а давление - до 3 МПа. В трубках кальцинатора пар конденсируется, отдавая тепло кальцинируемому материалу. Конденсат из кальцинатора выводится в сборник конденсата 17 и далее в расширители, где преобразуется в пар низкого давления.

Технологическая схема отделения кальцинации соды при использовании содовых печей с ретурным питанием аналогична рассмотренной. При использовании печей с безретурным питанием влажный гидрокарбонат натрия подается в барабан печи специальным забрасывателем.

Смешение его с содой происходит внутри печи, поэтому из технологической схемы исключается смеситель, и упрощается транспортирование соды. Содержание Na2CO3 и примесей в соде зависит от состава исходного гидрокарбоната натрия и температуры процесса последняя определяется обычно температурой выгружаемой соды. Температурный режим в печах обусловлен как условиями проведения процесса, так и продолжительностью термообработки материала в этих аппаратах.

При коэффициенте заполнения барабана 0,3 пребывание материала в содовой ретурной печи составляет около часа, в паровом кальцинаторе - 20-25 мин. Повышение температуры кальцинации в безретурных печах обусловлено, очевидно, комкообразованием при смешении влажного гидрокарбоната натрия с содой. В этих условиях повышение температуры необходимо для завершения процесса кальцинации во всей массе крупных гранул.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Производство кальцинированной соды

Добывалась она до конца восемнадцатого века преимущественно из естественных месторождений Венгрии, Египта и других частей Африки и из золы морских.. Сода того времени не отличалась чистотой. В 1775 г. французская академия.. Метод Леблана Способ Леблана состоял в приготовлении из поваренной соли при помощи серной кислоты сульфата и..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях: