Verfahren zur Herstellung von Soda. Technologisches Schema zur Herstellung von Kalkmilch. Prozessablaufdiagramm der Reinigungsabteilung

Kalzinierung von Natriumbicarbonat. Die Kalzinierung – die thermische Zersetzung von Natriumbicarbonat – ist der letzte Schritt bei der Herstellung von Soda. Der Hauptzweck der Kalzinierungsabteilung besteht darin, eine bestimmte Menge Soda in Form eines kontinuierlichen Materialstroms zu gewinnen.

Technisches Natriumbicarbonat sollte weiß sein. Das Erscheinen von Farbe weist auf Korrosion der Stahlapparate in den Absorptions- und Karbonisierungsabschnitten hin. Das Sediment wird durch Eisenoxid gefärbt, das durch Korrosion in das Sediment gelangt.

Der Kalzinierungsprozess kann durch Gleichung 2 NaHCO3 tv dargestellt werden. Na2CO3-Fernseher. CO2-Gas H2O-Dampf. Zusätzlich zu dieser Hauptreaktion können beim Erhitzen von technischem Bicarbonat weitere Reaktionen auftreten: NH4 2CO3-2NH3 Gas CO2 Gas H2O Dampf, NH4 HCO3-2NH3 Gas CO2 Gas H2O Dampf. Ammoniumchlorid reagiert beim Erhitzen mit Natriumbicarbonat entsprechend der Reaktion NH4Cl-Lösung.

NaHCO3 tv -NaCl tv NH3 Gas CO2 Gas H2O. Natriumcarbamat verwandelt sich in Gegenwart von Wasser beim Erhitzen in Soda gemäß der Reaktion 2NaCO2NH2 H2O - Na2CO3-Feststoffe. CO2-Gas 2NH3-Gas. Durch die Kalzinierung bleiben Na2CO3 und NaCl in der festen Phase und NH3, CO2 und H2O gehen in die Gasphase über. Das Vorhandensein von Feuchtigkeit im Bikarbonat erschwert die Konstruktion der Vorrichtung, da nasses Natriumbikarbonat nicht frei fließend ist, verklumpt und an den Wänden der Vorrichtung klebt.

Letzteres erklärt sich dadurch, dass Feuchtigkeit, bei der es sich um eine gesättigte Lösung von NaHCO3 handelt, bei Kontakt mit einer heißen Oberfläche intensiv verdunstet.

Die freigesetzte feste Phase bildet beim Kristallisieren eine Kruste, die fest an der Oberfläche haftet. Eine feste Sodaschicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigt die Wärmeübertragung und führt bei von außen durch Rauchgase beheizten Sodaöfen zu Überhitzung und Durchbrennen der Ofenwand. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird feuchtes Natriumbikarbonat mit heißem Backpulver vermischt. In diesem Fall entsteht eine neue feste Phase – Trona NaHCO3 Na2CO3 2 H2O. Freie Feuchtigkeit wird in Kristallisationsfeuchtigkeit gebunden und das Produkt wird rieselfähig. Bei der Kalzinierung von Natriumbicarbonat und Trona werden CO2, NH3 und Wasserdampf in die Gasphase freigesetzt. Ammoniak und Kohlendioxid müssen in die Produktion zurückgeführt werden.

Kohlendioxid wird beim Karbonisierungsprozess von Ammoniaksole verwendet, wofür ein Gas mit einem hohen CO2-Gehalt nützlich ist. Der Kristallisationsprozess kann in drei Zeitabschnitte unterteilt werden. Die erste Periode ist durch einen schnellen Temperaturanstieg gekennzeichnet. Es wird eine Zersetzung von Bikarbonat beobachtet, und die gesamte Wärme wird zum Erhitzen des Materials, zur Entfernung von Kristallwasser aus dem Thron und zur Zersetzung von Ammoniumkarbonatsalzen aufgewendet.

Die zweite Periode ist durch eine konstante Materialtemperatur von t 125 °C gekennzeichnet. Die zugeführte Wärme wird für die thermische Zersetzung von NaHCO3 aufgewendet. In der dritten Periode beginnt die Temperatur der Reaktionsmasse stark anzusteigen. Dies zeigt an, dass der Bikarbonat-Zersetzungsprozess beendet ist und die zugeführte Wärme zum Erhitzen des entstandenen Soda verwendet wird. Um den Zersetzungsprozess von NaHCO3 zu beschleunigen, wird in der Praxis die Temperatur des Soda am Auslass des Ofens auf 140–160 °C gehalten. Technologisches Diagramm des Kalzinierungsprozesses Abb. 11. Schema der Kalzinierungstrennung 1 – Dampfkondensator 2 – Futtermischer 3,15 – Zellzuführungen 4,10 – Bandförderer 5 – Vibrationszuführung 6 – Rutschentrichter 7 – Pflugkipper 8,9,14,16 – Förderer 11 – Zyklon 12 - Kollektor Kalzinierungsgas 13-Abscheider 17-Kondensatsammler 18-Kreiselpumpen 19-Schwachflüssigkeitskollektor 20-Kalzinierungsgaskühler 21-Reduzierkühleinheit ROU 22-Kalzinierungsgaswäscher 23-Waschflüssigkeitskollektor.

Nasses Natriumbicarbonat, das in Filtern von einem gemeinsamen Förderband 10 mit einem Pflugkipper 7 gewaschen wird, wird in den Trichter 6 eines Vibrationsförderers 5 eingespeist, von wo aus der Vibrationsförderer und der Förderband 4 über einen Zellförderer 3 in den Mischer 2 eingespeist werden. Der Mischer erhält Rücklaufsoda und im Zyklon 11 von den Kalzinierungsgasen abgetrenntes Soda. Der im Mischer vorbereitete Thron wird in den Rohrzwischenraum der Kalziniertrommel 1 geleitet. Durch die Wärmebehandlung erhalten die Throne Soda und Kalzinierung Gase.

Soda wird aus dem Kalzinator durch eine Zellenzuführung 15 entfernt und gelangt in das Fördersystem 8, 9, 16. Soda wird vom Schrägförderer 8 durch die Zuführung in den Mischer gefördert. Der Rest der Limonade wird über die Förderbänder 9 und 14 zum Lager transportiert.

Die Kalzinierungsgase werden über Mischer 2 aus dem Kalzinator entfernt, in dem mithilfe eines Kompressors ein Vakuum erzeugt wird.

Auf dem Weg zum Kompressor werden die Gase einer Trockenreinigung in Zyklonen 11 und einer Nassreinigung im Kalzinierungsgassammler 12 und Wäscher 22 der Werkstatt unterzogen. Vor dem Wäscher werden die Kalzinierungsgase in einem Kühlschrank 20 gekühlt. Zur Bewässerung wird die sogenannte Eine schwache Flüssigkeit, die durch Kondensation von Wasserdampf entsteht, wird dem Kalzinierungsgassammler im Kühlschrank mit Kalzinierungsgasen zugeführt. Diese Flüssigkeit absorbiert in Kontakt mit dem Gas teilweise Ammoniak und Sodastaub und fließt dann in die Sammlung 19. Im Kühlschrank 20 strömt das Gas von oben nach unten durch den Zwischenrohrraum, und Kühlwasser bewegt sich im Gegenstrom in den Rohren. Um eine Kristallisation der Kühlröhren zu verhindern und das Gas besser von Sodastaub zu befreien, wird der Zwischenraum zwischen den Röhren mit einer schwachen Flüssigkeit gespült. Im Wäscher wird das Gas mit Wasser gespült, dabei zusätzlich abgekühlt und vollständig von Soda und Ammoniak befreit.

Zur Beheizung des Kalzinators wird Hochdruckwasserdampf zugeführt. Bevor es dem Kalzinator zugeführt wird, durchläuft es eine Reduktionskühleinheit ROU, wo seine Temperatur auf 270 °C und der Druck auf 3 MPa reduziert wird. In den Kalzinatorrohren kondensiert Dampf und gibt Wärme an das kalzinierte Material ab. Das Kondensat aus dem Kalzinator wird in den Kondensatsammler 17 und dann in die Expander abgeleitet, wo es in Niederdruckdampf umgewandelt wird.

Das technologische Schema zur Abtrennung von Soda bei der Verwendung von Sodaöfen mit Rückführung ähnelt dem betrachteten. Bei Öfen mit Rücklaufverhinderung wird das feuchte Natriumbikarbonat über eine spezielle Wurfvorrichtung in die Ofentrommel eingespeist.

Das Mischen mit Soda erfolgt im Ofen, sodass ein Mixer aus dem technologischen System ausgeschlossen ist und der Transport von Soda vereinfacht wird. Der Gehalt an Na2CO3 und Verunreinigungen in Soda hängt von der Zusammensetzung des anfänglichen Natriumbicarbonats und der Temperatur des Prozesses ab; letztere wird normalerweise durch die Temperatur der ausgetragenen Soda bestimmt. Das Temperaturregime in Öfen wird sowohl von den Prozessbedingungen als auch von der Dauer der Wärmebehandlung des Materials in diesen Geräten bestimmt.

Bei einem Trommelfüllfaktor von 0,3 beträgt die Verweilzeit des Materials im Soda-Retortenofen etwa eine Stunde, im Dampfkalzinator 20-25 Minuten. Der Anstieg der Kalzinierungstemperatur in nachfülllosen Öfen ist offensichtlich auf die Klumpenbildung beim Mischen von feuchtem Natriumbicarbonat mit Soda zurückzuführen. Unter diesen Bedingungen ist eine Temperaturerhöhung erforderlich, um den Kalzinierungsprozess in der gesamten Masse der großen Granulatkörner abzuschließen.

Feierabend -

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Herstellung von Soda

Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts wurde es hauptsächlich aus natürlichen Vorkommen in Ungarn, Ägypten und anderen Teilen Afrikas sowie aus Meerasche gewonnen. Soda zeichnete sich damals nicht durch seine Reinheit aus. Im Jahr 1775 wurde die Französische Akademie.. Leblanc-Methode Die Leblanc-Methode bestand aus der Herstellung von Sulfat aus Speisesalz unter Verwendung von Schwefelsäure und..

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PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE GRUNDLAGEN DES VERFAHRENS

Während des Karbonisierungsprozesses ausgefälltes Natriumbicarbonat wird auf herkömmlichen Trommelvakuumfiltern von der Mutterflüssigkeit (Filterflüssigkeit) getrennt und unterliegt beim Erhitzen einer Zersetzung oder Kalzinierung.

Erfahrungsgemäß lässt sich Ammoniak durch das Auswaschen des Sediments nicht auswaschen, es lässt sich auch bei Erhitzen auf 100 °C nicht vollständig entfernen. Mithilfe chemischer Analysen wurde festgestellt, dass Ammoniak in technischem Bikarbonat in Form von Natriumcarbamat vorliegt. Seine Freisetzung in die feste Phase erfolgt während des gesamten Prozesses der NaHCO 3 -Kristallisation in der Karbonisierungskolonne, d. h. Natriumcarbamat fällt zusammen mit Natriumbicarbonat aus. Seine Kristalle sind im Kristallgitter von NaHCO 3 enthalten, was die Schwierigkeit erklärt, Ammoniak durch Waschen zu entfernen.

Bei der Hydrolyse von NaHCO 3 und der Dekarbonisierung von gelöstem NaHCO 3 auf Filtern kann Natriumcarbonat Na 2 CO 3 entstehen. Das Vorhandensein von Na 2 CO 3 in technischem Bicarbonat kann aufgrund der geringen Konzentration von CO 3 2 ~ in der karbonisierten Lösung nicht durch die Kristallisation von Na 2 CO 3 während der Karbonisierung erklärt werden.

Wenn der CO 2 -Druck über der Suspension beim Austritt aus der Karbonisierungskolonne und am Vakuumfilter abnimmt, kommt es zu einem Retrogradationsprozess, d. h. dem Übergang von ausgefälltem NaHCO 3 in Lösung und seiner Wechselwirkung mit NH 4 C1. Dadurch und auch aufgrund der Auflösung von NaHCO 3 im Waschwasser wird ein Anstieg des Direkttiters der Flüssigkeit nach den Filtern um 0,5–1,5 N beobachtet. usw., obwohl es mit Waschwasser verdünnt und eine gewisse Menge Ammoniak auf den Filter geblasen wird. Die Ausnutzungsrate (f/Na) nach den Filtern verringert sich um etwa 2,5 % im Vergleich zu der der Suspension, die die Kolonne verlässt, wo U^a durchschnittlich 73 % beträgt. Folglich beträgt der Verlust an NaHCO 3 auf den Filtern etwa 3,5 %.

Der filtrierte und gewaschene Niederschlag von Natriumbicarbonat wird einer thermischen Zersetzung – Kalzinierung – unterzogen. Trockenes NaHCO 3 zersetzt sich gemäß der Reaktion:

(1)

Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht der Reaktion nach rechts. Aus Sicht der Phasenregel hat dieses System einen Freiheitsgrad. Folglich hängt der Gleichgewichtsdruck der Gasphase nur von der Temperatur ab.

Bei der Zersetzung von nassem Bicarbonat erhöht sich die Anzahl der Komponenten und Phasen um eins, und daher bleibt das System monovariant, d. h. für das nasse Salz NaHCO 3 entspricht jede Temperatur einem bestimmten Gleichgewichtsdruck der Gasphase.

Die Feuchtigkeit in Bicarbonat ist im Wesentlichen seine gesättigte Lösung, daher wird der Gleichgewichtsdruck der Gasphase über feuchtem NaHCO 3 durch den Gleichgewichtsdruck über der gesättigten Lösung dieses Salzes bestimmt. Bei einer gegebenen Temperatur ist dieser Druck höher als über trockenem Hydrogencarbonat. Beim Erhitzen von feuchtem Salz zersetzt sich daher zunächst gelöstes Bikarbonat und gibt nicht nur Feuchtigkeit, sondern auch Kohlendioxid in die Gasphase ab (Abb. 38). Nachdem die Feuchtigkeit entfernt wurde, sinkt der Gleichgewichtsdruck über dem verbleibenden trockenen Bicarbonat, was dessen Zersetzung erschwert. Mithilfe von Thermogrammen wurde festgestellt, dass die Zersetzung von trockenem NaHCO 3 bei einem Gesamtdruck des resultierenden CO 2 und H 2 0 von 98 kPa (1 kgf/cm 2) bei 120 °C gemäß Reaktion (1) abläuft.

Nasses NaHCO 3, wie aus Abb. 38, kann sich bereits bei einer Temperatur von 110°C zersetzen. Bei Zugang zur Zersetzungszone von Luft oder anderem Gas, wodurch der Gesamtdruck Pco 2 + Pn 2 o über dem Sediment verringert wird, kann es bei niedrigeren Temperaturen zu Zersetzung kommen.

TECHNOLOGISCHES DIAGRAMM DES KALZINATIONSPROZESSES

In Abb. zeigt ein technologisches Diagramm des Kalzinierungsprozesses unter Verwendung von Feueröfen mit externer Brennerheizung, die unter Verwendung von Soda betrieben werden.

Die in den Säulen erhaltene Suspension, die 26 % (Gew.) ausgefälltes NaHCO 3 enthält, wird Vakuumfiltern 6 zugeführt, wo der Niederschlag von der Mutterflüssigkeit getrennt wird. Zusammen mit dem Waschwasser wird die Mutterlauge zur Ammoniakregeneration in die Destillationsabteilung geschickt. Die Luft, die durch die Sedimentschicht und das Filtergewebe gelangt ist, wird von einer Vakuumpumpe durch den Filterluftwäscher (PVFL) in der Absorptionsabteilung aus dem Filterabscheider gesaugt.

Das gewaschene Roh-NaHCO3 aus dem Vakuumfilter wird über einen Abstreifer oder Bandförderer 4 in einen Auffangbehälter 3 mit Vertikalmischer gefördert, der das Rohsalz auflockert und in den Zubringer 2 und dann in den Mischer / schiebt. Über die Förderschnecke 7 wird hier heißes Rücklauf-Soda in einem vorgegebenen Verhältnis zugeführt. Die resultierende Mischung gelangt dann in den Soda-Rotationstrommelofen 22, wo der Kalzinierungsprozess stattfindet.

Das fertige Soda aus dem Sodaofen wird mit der Entladeschnecke 17 und der Übergabeschnecke 18 zum gemeinsamen Sammelschneckenförderer 19 und dann zum Elevator 16 überführt. Der Elevator entlädt das Soda auf den Förderer I, von dem aus Über die Verteilerschnecke 9 wird ein Teil der Soda (Retur) auf die Sodaöfen verteilt und ein Teil – Fertigprodukte – wird über Förderband 8 in das Lager in Bunkern 15 transportiert. In der Sterlitamak-Produktionsvereinigung „Soda“ erfolgt die Bewegung von Rohprodukten Bicarbonat zu den Öfen und fertigem Soda ist etwas anders, für die Betriebsbedingungen des Rücklaufofens ist dies jedoch nicht von grundlegender Bedeutung.

Technologisches Diagramm der Kalzinierungsabteilung mit Rückführung zu Sodaöfen: 1 - Mischer; 2 - Feeder; 3 - Empfänger; 4 - Kratzförderer; 5 - Trichter; 6 - Vakuumfilter; 7, 11, 18, 19 – Schneckenförderer; 8, 9 - Transportrohre - "10 - Zyklon; 12 - Soda-Ofengassammler; 13 - Soda-Ofengaskühler - 14 - Soda-Ofengaswascher; 15 - Schwachflüssigkeitssammler - 16 - Elevator, 17 - Entladeschnecke; 20 - Schwein; 21 - Kamin; 22 - Sodaofen; 23 - Feuerraum

Das die Sodaöfen mit 150 °C verlassende Gas enthält CO 2, NH 3, Wasserdampf und Sodastaub und wird zum Zyklon 10 geleitet, wo der größte Teil des Sodastaubs aufgefangen und über einen Schneckenförderer 7 zurück zum Sodaofen transportiert wird Vom Zyklon gelangt das Gas in den Gaskanal 12, der allen Öfen gemeinsam ist. Es handelt sich um den Gassammler von Sodaöfen, der im Inneren mit einer schwachen Flüssigkeit bewässert wird, die durch Abkühlen des Gases im selben Sammler auf 80 °C und anschließendes Abkühlen gewonnen wird der Gaskühler von Sodaöfen (KhGSP) 13 bis 38 °C.

Das entstehende Kondensat entfernt den nach dem Zyklon verbleibenden Sodastaub, NH 3 und CO 2 aus dem Gas. Diese Lösung, die Na 2 C0 3, NaHCO3 und Ammoniumkohlenstoffsalze enthält, wird als schwache Flüssigkeit bezeichnet. Ein Teil dieser Flüssigkeit wird zurückgeführt, um den Gaskollektor von Sodaöfen zu bewässern, und ein Teil wird zur Destillationsabteilung zur Destillation von NH 3 und CO 2 und dann zu Vakuumfiltern zum Waschen von Natriumbicarbonat geschickt.

Der Gasverteiler von Sodaöfen hat ein Gefälle zum KhGSP-Kühlschrank, so dass schwache Flüssigkeit aus dem Verteiler in den Kühlschrank fließt, die Kühlrohre bewässert und zusammen mit dem zusätzlich im Kühlschrank 13 gebildeten Kondensat in die Sammlung schwacher Flüssigkeit 15 fließt In der Kältemaschine 13 strömt Gas im Rohrzwischenraum von oben nach unten, in den Rohren strömt Kühlwasser im Gegenstrom.

Dem CGSP wird auch Gas aus dem PGAB zugeführt, um das nach der Ammoniakierung der Sole im Gas verbleibende Kohlendioxid zu nutzen. Vom CGSP gelangt das Gas zur Endreinigung und Kühlung zu einem Soda Furnace Gas Scrubber (SGSP) 14 vom Typ Scrubber, bei dem die Sehnendüse von oben mit Wasser gespült wird. Die Scrubber-Flüssigkeit nach PGSP wird der schwachen Flüssigkeit zugesetzt. Das nach der PGSP abgekühlte und gereinigte Gas wird mit Gas aus Kalköfen vermischt und über einen Kompressor den Schwelkolonnen zugeführt. In einigen Sodaanlagen sind der Kühlschrank und der Gaswäscher des Sodaofens in einer Kolonne zusammengefasst.

Sodafabriken verfügen über Kalzinierungssysteme, bei denen kein recyceltes Soda verwendet wird. In diesem Fall wird rohes Bikarbonat mit einem speziellen Gerät tief in den Sodaofen geworfen, wo sich bereits Soda befindet, das in diesem Fall als Rücklaufsoda fungiert. Die Gießtiefe beträgt bis zu 9,5 m. Durch die rücklauffreie Ofenversorgung wird der Transport der fertigen Soda vereinfacht. Rohes Bicarbonat aus Empfänger 3 gelangt zur Wurfvorrichtung, die anstelle des Mischers / montiert ist. In diesem Fall erhöht sich die Kalzinierungstemperatur.

Der Gießkörper wird durch Wasser gekühlt, das dem Mantel zugeführt wird, wodurch die Möglichkeit verringert wird, dass rohes Salz an den Wänden der Gießkanne haften bleibt. Bei der rücklauffreien Beschickung dienen die Förderschnecken 11 und 9 lediglich der Befüllung der Öfen mit Soda vor deren Inbetriebnahme nach der Reparatur.

Soda-Öfen. Sodafabriken verwenden Sodaöfen.

In Abb. 1 und 2 zeigen einen Feuersodaofen mit Rückführung von der Be- bzw. Entladeseite. Der Hals des Vorderteils, wie aus Abb. 1, enthalten in. feste Ladekammer 8. Der rotierende Hals ist mit einer Öldichtung 2 abgedichtet, in der er sich entlang der Trommelachse bewegen kann, wenn sich seine Länge während des Erhitzungsvorgangs ändert. Die Ladekammer verfügt über ein Abgasrohr, um bei der Kalzinierung freigesetzte Gase abzuleiten. An der Innenseite der Ladekammer ist eine Zahnkette 5 befestigt, die dazu dient, die Innenfläche der Trommel von möglichen Sodaablagerungen zu reinigen, Sodaklumpen zu zermahlen und zu vermischen. Die Kette besteht aus einzelnen massiven Gusseisengliedern mit einem Gewicht von bis zu 135 kg, die gelenkig miteinander verbunden sind.

Die Beladung mit Bicarbonat und Rücklaufsoda erfolgt über Mischer 1 und Zuführung 9. Beim Mischen von Rohbikarbonat mit Rücklauf-Heißsoda kommt es, wie oben erwähnt, zur Zersetzung von Natriumcarbamat unter Freisetzung von Ammoniak in die Gasphase. Daher muss der Futtermischer abgedichtet werden.

Der Hals der hinteren Entladekammer des Ofens 1 ist mit einem Deckel mit einem zentralen Loch zum Einführen der Entladeschnecke 5 in den Ofen verschlossen.

Bereits seit Beginn des 19. Jahrhunderts. Chemiker versuchten einen Weg zu finden, Soda herzustellen, indem sie Natriumchlorid in Natriumcarbonat umwandelten, ohne Schwefelsäure zu verwenden. Im Jahr 1810 gewann A. Fresnel Soda durch Einwirkung von Ammoniak und Kohlendioxid auf eine Kochsalzlösung, aber seine Methode wurde nicht industriell. D. Hamming und G. Dyar gingen in den 30er Jahren den gleichen Weg. Außerdem leiteten sie Ammoniak und Kohlendioxid in eine wässrige Kochsalzlösung. Dabei fiel schwerlösliches Natriumbicarbonat aus. NaHCO 3, das beim Erhitzen zu Soda wird. Für die Industrie erwies sich diese Methode als unrentabel, da keine Methode zur Regeneration von Ammoniak gefunden wurde.

Schließlich gelang es Ernest Solvay, einen Weg zu finden, Ammoniak und etwas Kohlendioxid zu regenerieren und den gesamten Prozess kontinuierlich zu gestalten. Solvay entwarf neue Geräte und Maschinen. Als Ergebnis langjähriger Experimente stellte er optimale Bedingungen für die Erzielung hoher Ausbeuten an Natriumbicarbonat her.

Ernest Solvays Vater war Besitzer eines Steinbruchs und einer Saline in Rebeck (bei Brüssel). Ernest wurde 1838 geboren. In seiner Jugend war er oft krank und musste seinen Traum – ein Chemiestudium – nur durch Autodidaktik verwirklichen. Später arbeitete Solvay in einer Gasanlage seines Onkels und versuchte, Wege zu finden, die schädlichen Nebenprodukte, die bei der Gasproduktion entstehen (insbesondere Ammoniakwasser), zu entsorgen. Darüber hinaus suchte Solvay nach einer Möglichkeit, Soda aus einer Lösung aus Speisesalz, Ammoniak und Kohlendioxid herzustellen.

Die Vorteile des von Solvay entwickelten Ammoniakverfahrens zur Herstellung von Soda lagen auf der Hand. Erstens erforderte diese Methode deutlich niedrigere Temperaturen und sparte dadurch Kohle. Zweitens war es bei dieser Methode möglich, anstelle von gereinigtem Speisesalz Salzlaken zu verwenden, deren Kosten deutlich geringer waren. Drittens umfasste Solvays Methode weniger Schritte und, was sehr wichtig ist, erforderte keine Schwefelsäure. Schließlich verursachte Solvays Methode keine Umweltverschmutzung und produzierte Soda von sehr hoher Reinheit. Vergleichen wir die Hauptphasen beider Methoden.

Produktionsschritte nach der Leblanc-Methode:

1. 2NaC1 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2HC1 (bei einer dunkelroten Hitzetemperatur).
2. Na 2 SO 4 + 3C + CaO = Na 2 CO3 + CaS + 2CO (Temperatur bis 960 °C).
3. Auslaugen.
4. Verdampfung und Kristallisation von Na 2 CO 3 ∙10H 2 O.
5. Kalzinierung unter Bildung von Na 2 CO 3.
6. Teilweise Rückgewinnung von Schwefel aus Calciumsulfid.

Produktionsschritte nach der Solvay-Methode:

1. NaС1 + NH 3 + CO 2 + H 2 O = NaHCO 3 + NH 4 C1 (die Bildung von NaHCO 3 erfolgt in einer wässrigen Lösung bei 30–40 °C).
2. Kalzinierung unter Bildung von Soda: 2NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O (CO 2 verbleibt teilweise im geschlossenen Prozess).
3. Ammoniak-Regeneration: 2NH 4 C1 + CaO = CaC1 2 + H 2 0 + 2NH 3.

Trotz der Vorteile Solvay-Methode hatte sein Autor zunächst große Schwierigkeiten. Die Fabrik, die er 1863 in der Nähe von Charleroi (Belgien) gründete, erschöpfte das gesamte Familienkapital. Erst nach der Gründung der Aktiengesellschaft Solvay and Co. im Jahr 1865 konnten nach dieser Methode gewonnene Produkte erfolgreich mit Unternehmen konkurrieren, die nach der Leblanc-Methode arbeiteten, und diese dann auf dem internationalen Markt besiegen. Bald entstanden in fast allen Ländern Fabriken zur Herstellung von Soda nach der Solvay-Methode: in England (1871), Frankreich (1874), Deutschland, bei Vilen in Baden (1880) und der Umgebung von Bernburg (1883), USA (1881). ), Russland (1883). Solvay wurde wie Alfred Nobel einer der reichsten und mächtigsten Männer der Welt. Er gründete ein gut ausgestattetes Forschungsinstitut und führte 1908 in seinen Fabriken einen Dreischichtbetrieb mit einem Acht-Stunden-Tag ein. Die Monopolstellung der Eigentümer dieser Unternehmen bescherte ihnen enorme Gewinne. Der Solvay-Konzern hat sich zu einem der mächtigsten Chemieunternehmen entwickelt.

Staatliche Technische Universität Nischni Nowgorod, benannt nach. R. E. Alekseeva

Bericht über allgemeine chemische Technologien

Thema: „Herstellung von Soda“

Abgeschlossen von: st.gr. 05-BIO Korshunova V.A.

Geprüft von: Isaev V.V.

Tag der Inspektion: _____________

Grad: _________

N. Nowgorod, 2008

Einführung. Eine kurze Geschichte der Entwicklung der Limonadenindustrie... 3

Rohstoffe, die bei der Herstellung von Soda verwendet werden... 7

Beschreibung des technologischen Prozesses... 17

Limettenmilch zubereiten... 31

Filtration von Natriumbicarbonat-Suspension... 46

Kalzinierung von Natriumbicarbonat... 50

Aufbereitung von Sekundärstoffressourcen zur Sodaherstellung nach dem Ammoniakverfahren... 55

Referenzen... 61

Einführung. Eine kurze Geschichte der Entwicklung der Limonadenindustrie

Soda war in der Antike als Putzmittel bekannt und erzeugte bei Kontakt mit Essig ein leichtes Knistern. Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts wurde es hauptsächlich aus natürlichen Vorkommen in Ungarn, Ägypten und anderen Teilen Afrikas sowie aus der Asche von Meerespflanzen, hauptsächlich in Spanien, gewonnen. Die damalige Limonade war nicht sehr sauber.

Im Jahr 1775 schrieb die Französische Akademie einen Preis von 12.000 Livres für die beste Methode zur Herstellung von Soda aus Speisesalz aus. Eine erfolgreiche Lösung des Problems konnte zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht gefunden werden. Und erst als die Französische Revolution von 1789 - 1794 kam und Frankreich, das eine Blockade erlebte und von Koalitionstruppen umgeben war, von der Versorgung mit ausländischen Rohstoffen und Gütern abgeschnitten wurde, verkündete das Komitee für öffentliche Sicherheit erneut einen Aufruf an alle Bürger sollen einen Weg finden, die heimische Industrie von der Abhängigkeit von ausländischen Gütern und Materialien zu befreien. Die Reaktion auf die Ausschreibung waren 16 Vorschläge zur Herstellung von Soda, wobei der Methode, deren Autor der Arzt Nikolai Leblanc war, der Vorrang eingeräumt wurde.

Leblanc-Methode

Leblancs Methode bestand darin, Sulfat aus Speisesalz mit Schwefelsäure herzustellen und dieses mit Kohle und Calciumcarbonat (Kreide oder Kalkstein) zu Soda weiterzuverarbeiten. Die Methode von Leblanc fand Eingang in die Industrie und war lange Zeit die einzige in der Sodatechnologie. Die Leblanc-Methode wurde in England am weitesten entwickelt.

Solvay-Methode

In den siebziger Jahren des 19. Jahrhunderts tauchte eine neue Methode zur Herstellung von Soda auf, die vom belgischen Ingenieur Ernest Solvay vorgeschlagen wurde. Diese Methode revolutionierte die Soda-Technologie völlig. Der Kern dieser Methode bestand in der Sättigung natürlicher Salzlösungen mit Ammoniak und Kohlendioxid und der Verarbeitung des resultierenden Bicarbonatniederschlags zu Soda durch einfache Kalzinierung.

Ein besonderes Merkmal der von Solvay entwickelten Fertigungsmethode ist die Kontinuität des Prozesses in allen Phasen. Die Soda-Technologie von Solvay verdankt ihren Einfallsreichtum der Einführung der berühmten Solvay-Säulen zur Sättigung von Ammoniaksole mit Kohlendioxid, zur Herstellung von Ammoniaksole und zur Destillation von Ammoniak aus Mutterlaugen bei der Bikarbonatfiltration.

Gonigman-Methode

Nach Solvay war Moritz Gonigman der größte Erfolg bei der Herstellung von Soda nach dem Ammoniakverfahren, der das Problem der Sättigung von Ammoniaksole nicht in Säulen, sondern in in Reihe geschalteten zylindrischen Tanks erfolgreich löste. Ein ungünstiger Unterschied zur Gonigman-Methode ist jedoch die Häufigkeit des Prozesses.

Die Entwicklung der Sodaindustrie in Russland begann mit der Leblanc-Methode. Die erste Sodafabrik in Russland wurde 1884 gebaut. in Sibirien auf Basis von natürlichem Natriumsulfat. Ein Versuch, die Ammoniakmethode in Russland unabhängig von Solvay umzusetzen, wurde vom Ingenieur Likhachev unternommen, der 1868 in der Provinz Kasan eine kleine Anlage nach der Ammoniakmethode auf der Basis von importiertem Speisesalz baute. Aufgrund der großen Salz- und Ammoniakverluste und der hohen Kosten hielt die Anlage jedoch nur vier Jahre.

Die Ammoniakmethode wurde 1883 in Russland eingeführt. Auf der Grundlage der Salzlagerstätte Solikamsk wurde von der Firma Solvay unter Beteiligung russischer Kapitalinvestitionen eine Sodaanlage in Beresniki errichtet. Im Jahr 1893 wurde das zweite Sodawerk in Donezk und 1899 in Slawjansk gebaut.

Informationen zu den wichtigsten Sodaprodukten, natürlichen und künstlich gewonnenen Natriumsalzen.

Unter dem Wort „Soda“ versteht man in Industrie, Gewerbe und Haushalt eine ganze Reihe bekannter und notwendiger chemischer Produkte, wie zum Beispiel:

1) Kalziniertes Salz(Natriumcarbonatsalz – Na2 CO3). Wird hauptsächlich bei der Herstellung von Glas und Chemikalien verwendet. Etwa die Hälfte der Sodaasche wird für die Glasherstellung verwendet, etwa ein Viertel für Chemikalien, 13 % für Seifen und Reinigungsmittel, 11 % für Anwendungen wie Zellstoff- und Papierherstellung, Metall- und Erdölraffinierung, Ledergerbung und Wasseraufbereitung usw Der Rest wird verschwendet. Verkauf.

2) Alkohol. Der Name „Lauge“ (K2 CO3, Na2 CO3, NaOH) wurde Produkten gegeben, die durch Auslaugen von Holzasche gewonnen wurden. Es enthält etwa 70 % Kaliumcarbonat (Kali), das hauptsächlich zur Herstellung von Seife und Glas verwendet wird. Durch die Behandlung mit gelöschtem Kalk (Kalziumhydroxid) wird Natriumcarbonat in Natronlauge (Natriumhydroxid) umgewandelt, die unter der Bezeichnung Natronlauge für häusliche und industrielle Zwecke verwendet wird.

3) Pottasche. Während Kali in der chemischen Industrie hauptsächlich als Kaliumcarbonat (K2CO3) bezeichnet wird, umfasst dieser Name in der Landwirtschaft alle Kaliumsalze, die bei der Herstellung von Düngemitteln verwendet werden, hauptsächlich jedoch Kaliumchlorid (KCl) mit einer geringen Beimischung von Kaliumsulfat (K2SO4). Kaliumcarbonat wird bei der Herstellung von Glas, Kaliumsalzen, Farbstoffen und Tinten verwendet. Kaliumcarbonat ist ein wichtiger Bestandteil von Spezialgläsern, beispielsweise Optik- und Laborgläsern.

4) Dicarbonatsalz NaHCO3, in der Technik auch „Bikarbonat“ genannt, wird häufig zur Herstellung künstlicher Mineralwässer und kohlensäurehaltiger Erfrischungsgetränke, in der Medizin, im Haushalt zum Brotbacken und in der Süßwarenindustrie eingesetzt.

Rohstoffe, die bei der Herstellung von Soda verwendet werden

Ein produzierendes Unternehmen, egal welcher Branche es angehört, kann sich nur entwickeln und Gewinne erwirtschaften, wenn es auf einem soliden Fundament steht. Dazu ist es zunächst erforderlich, dass es an einem Ort angesiedelt wird, an dem es am einfachsten ist, Rohstoffe und Produktionsmaterialien sowie gute Arbeitskräfte zu beschaffen, und wo es gleichzeitig besser und rentabler ist Verkaufen Sie die Produktionsprodukte, ohne dass spezielle komplexe Transportmittel erforderlich sind. Diese Grundvoraussetzung für die Organisation eines rational arbeitenden Unternehmens sollte insbesondere für Sodafabriken gelten, da ihre Betriebseffizienz hauptsächlich von den Kosten der wichtigsten Rohstoffe und Brennstoffe, insbesondere Salz, Kalkstein oder Kreide, Ammoniakwasser, Kohle und Koks, bestimmt wird . Angesichts der erheblichen Verbrauchswerte dieser Produkte werden Sodafabriken in der Regel entweder direkt auf diesen Rohstoffen und Brennstoffen oder in deren Nähe gebaut, damit die Kosten für den Transport dieser Rohstoffe nicht zu einem hohen Kostenfaktor werden ihrer Gewinnung.

Salz (Sole)

Bei der Ammoniak-Methode der Sodaproduktion wird Sole statt festem Salz verwendet, was ein großer Vorteil ist, da die Gewinnung von Sole durch unterirdisches Auslaugen von Salz mit Wasser viel kostengünstiger ist als die Gewinnung von festem Salz durch die übliche Minenmethode. Die Verwendung von an die Erdoberfläche gefördertem, festem Salz zur Herstellung von Sole ist nur dann zulässig, wenn es sich bei Speisesalz um Produktionsabfälle handelt.

Bei der unterirdischen Salzauslaugung hat die Sole eine Temperatur von etwa 15 °C. Bei dieser Temperatur enthält die gesättigte Lösung etwa 317 g/L NaCl. Allerdings ist es ziemlich schwierig, eine gesättigte Lösung zu erhalten. Dies erfordert eine lange Zeit, da mit Annäherung an den Sättigungszustand die Geschwindigkeit der NaCl-Auflösung stark abnimmt. In der Praxis ist es möglich, Sole mit einer Konzentration von 305 – 310 g/l zu gewinnen.

Es gibt natürliche und künstliche Solen. Erstere entstehen durch die Auflösung von Steinsalzschichten durch Untergrundwasser. Salz liegt normalerweise in einer Tiefe von 200 - 300 m. Das Vorhandensein von Grundwasser führt manchmal zur Erosion natürlich vorkommender Salzschichten im Untergrund, wodurch sich im Untergrund große Seen mit gesättigter Sole bilden.

Künstlicher Weg. Um die Festigkeit der Sole zu erhöhen, werden Brunnen vertieft, in denen die natürliche Sole, die herabfällt und die darunter liegenden Schichten wäscht, gesättigt wird (jede 10 m Vertiefung erhöht die Festigkeit der Sole um etwa 1 g pro Liter oder mehr). )

Die Solegewinnung erfolgt aus unterirdischen Tiefen mithilfe von Bohrlöchern (Abb. 1). Dabei wird der Brunnen bis zum Boden der Salzschicht gebohrt. Um es vor dem Einsturz von Sedimentgesteinen zu schützen, wird ein sogenanntes Mantelrohr eingebracht. Um die Salzbildung vor dem Eindringen von Untergrundwasser an der Unterseite von Sedimentgesteinen zu schützen, wird der Ringraum zwischen der Ummantelung und dem Boden mit Zement gefüllt. Im Inneren des Gehäuses ist ein zentrales Rohr fast bis zum Boden der Salzformation eingeführt. Die entstehende schwache Sole wird durch den Ringraum zwischen Innen- und Mantelrohr an die Oberfläche gedrückt (Stufe I). Es wird anstelle von Frischwasser verwendet, das in normal funktionierende Brunnen gepumpt wird.

Wenn sich in der Salzschicht eine ausreichend große erodierte Kammer gebildet hat, beginnt der normale Betrieb des Bohrlochs.

Abb. 1 Schema eines Brunnens zur Gewinnung künstlicher Sole: Ι−ΙΙΙ – Auslaugungsphase.

Dabei wird in der Regel die Strömungsrichtung von Wasser und Sole geändert – Wasser wird durch den Ringraum in den oberen Teil der Kammer geleitet und die konzentrierte Sole steigt durch das Zentralrohr auf (Stufe ΙΙ). Bei dieser Fließrichtung wird eine konzentrierte Sole mit hoher Dichte, die sich daher in den unteren Schichten der Kammer befindet, aus dem Brunnen gepumpt.

Das Salz löst sich mit der höchsten Geschwindigkeit im oberen Teil der Oberfläche der erodierten Kammer auf – an der Decke, wo Süßwasser mit der größten Lösungsfähigkeit eintritt. Im unteren Teil der Kammer löst sich das Salz am langsamsten auf, da die konzentrierteste Sole damit in Kontakt kommt; Darüber hinaus ist diese Oberfläche der Kammer mit sich absetzenden unlöslichen Verunreinigungen bedeckt, wodurch sie von der sich auflösenden Flüssigkeit isoliert wird. Die Auflösungsgeschwindigkeit der Seitenflächen der Kammer ist von mittlerem Wert und nimmt mit der Eintauchtiefe ab. Bei dieser Art der Auflösung nimmt die Kammer die Form eines umgedrehten Kegels an, dessen Spitze an der Basis des Zentralrohrs liegt (Stadium ΙΙΙ). Wenn die sich auflösende Decke der Kammer das unlösliche Sediment erreicht, setzt sich die Salzauswaschung entlang der Seitenfläche fort. Die Oberfläche der freigelegten Sedimentgesteine ​​vergrößert sich, einige von ihnen werden durch die Sole ausgewaschen und bedecken beim Herunterfallen die Oberfläche der darunter liegenden Kammer, was deren Auflösung erschwert. Die Neigung der Seitenfläche zum Horizont nimmt allmählich ab. Dadurch wird der untere Teil der Formation praktisch nicht aufgelöst, was zu einem allmählichen Rückgang der Bohrlochproduktivität führt.

Wenn während des Betriebs eines Brunnens Schmutz, der sich am Boden der Kammer ablagert, das Zentralrohr verstopft, wird zur Reinigung die Fließrichtung geändert und Wasser durch das Zentralrohr zugeführt.

Eine weiterentwickelte Art der Solegewinnung ist das sogenannte hydraulische Schnittverfahren, bei dem mit Wasser ein Schnitt am Grund der Salzschicht erzeugt wird, d.h. Erosion der Formation in der Breite bis zu einem Durchmesser von 100 - 10 m und einer Höhe von 1,5 - 2 m. Um die Auflösung der Salzschicht in der Breite sicherzustellen und die Decke der resultierenden Kammer vor Auflösung, Luft oder Ölprodukten zu schützen, B. Heizöl, in den Brunnen eingebracht, die sich beim Schwimmen zwischen der Decke der Kammer und einer wasserisolierenden Schicht bilden, die die Auflösung des Salzes verhindert. Die Steuerung des Prozesses der hydraulischen Schnittbildung mit Heizöl ist einfacher und zuverlässiger als mit Luft. Die Heizöl- oder Ölschicht wird auf etwa 1 cm gehalten, sodass sich das Salz nur von den Seiten der Kammer löst. Diese vorbereitende Vorbereitung der Kamera dauert 1,5 - 2 Jahre, danach beginnt der normale Betrieb. Die Schutzschicht aus Öl oder Luft wird entfernt und die Salzauflösung und eine hohe Produktivität des Bohrlochs beginnen.

In Abb. Abbildung 2 zeigt ein Diagramm eines Bohrlochs, das mit der hydraulischen Schneidmethode betrieben wird.

Abb. 2 Schema eines Brunnens zur Entwicklung einer Formation mit der Methode des hydraulischen Schneidens: 1 – 5 – Ventile an Rohren für Wasser, Öl und Sole; 6 – erstes Mantelrohr; 7 – zweites Mantelrohr.

Drei konzentrisch angeordnete Stahlrohre werden in das Bohrloch abgesenkt und verlaufen durch Sedimentgestein und eine Salzschicht. Das äußere – erste Mantelrohr 6 mit einem Durchmesser von 250 mm verläuft durch eine Sedimentgesteinsschicht und dient dem Schutz vor dem Einsturz des Bohrlochs und vor dem Eindringen von Grundwasser in die Salzschicht. Das zweite Mantelrohr 7 hat einen Durchmesser von 200 mm und tritt in die Salzschicht ein. Der Ringraum zwischen den beiden Mantelrohren ist verkittet. Zwei weitere Rohre mit Durchmessern von 150 und 75 – 100 mm werden konzentrisch in das zweite Gehäuse eingelegt. Durch die Ringräume fließen Öl und Wasser, durch das Zentralrohr wird Sole an die Erdoberfläche gedrückt. Die beiden Innenrohre sind außerhalb des Brunnens durch ein System der Ventile 1 – 4 verbunden. Wenn die Soleleitung mit Wasser gespült werden muss, werden die Ventile 2 und 4 geschlossen und die Ventile 1 und 3 geöffnet. Um Öl aus dem Bohrloch zu entfernen, indem es durch Sole ersetzt wird, öffnen Sie die Ventile 4 und 5 und schließen Sie 1, 2 und 3.

Im Werk wird die Sole in Stahltanks mit einem Fassungsvermögen von 2000 – 3000 m3 gelagert. Zum Schutz vor Korrosion sind diese Tanks innen mit einer mit Stahlgewebe verstärkten Betonschicht ausgekleidet. Auch in Blockhütten wird Sole gelagert, die viele Jahre halten kann.

Kalkstein und Kreide

Der zweite Hauptrohstoff für die Herstellung von Soda ist Kalkstein oder Kreide. Der bevorzugte Rohstoff ist Kalkstein. Der Nachteil von Kreide besteht darin, dass sie porös ist und leicht Feuchtigkeit aufnimmt, was den normalen Brennvorgang in Kalköfen stört.

Es wird allgemein angenommen, dass der beste Rohstoff Kalkstein mit einem Gehalt von 92 % CaCO3, einem Feuchtigkeitsgehalt von 1 bis 5 % und einem Mindestanteil an Silikaten ist, obwohl je nach Art der Produktion Abweichungen von diesen Bedingungen möglich sind. Die alleinige Bearbeitung von Kreide verursacht einen zusätzlichen Brennstoffverbrauch, sei es für die vorherige Trocknung oder im Ofen selbst, sowie eine Verdünnung des Ofengases (CO2-Gehalt). Das Arbeiten mit Kreide allein ist aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit nicht wirtschaftlich, daher werden für Kalköfen Mischungen aus Kalkstein und Kreide im Verhältnis von etwa 1:1 hergestellt. Das Vorhandensein eines solchen Anteils führt dazu, dass der Ofenbetrieb zu normalen Bedingungen führt, sowohl hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs als auch der Konzentration des entstehenden Ofengases... Die wichtigsten Anforderungen der Praxis an die Größe von Kreide- oder Kalksteinstücken sind: Legen Sie das Material in Stücke von ca. 60 - 150 mm. Der CaCO3-Anteil in der Kreide sollte nicht unter 80 liegen, und es lohnt sich nicht mehr, mit Kreide mit einem geringeren CaCO3-Gehalt zu arbeiten. Es ist auch notwendig, einen bestimmten Mindestanteil an Verunreinigungen, insbesondere SiO2, zu haben, aufgrund derer sich in den Öfen schmelzbare Silikate bilden (der Ofen „fließt“) und die am Boden des Ofens zu großen Stücken erstarren – das so -genannt „Ziege“. Der Feuchtigkeitsanteil der Kreide sollte nicht mehr als 5 % betragen, um das Ofengas nicht zu verdünnen und um zu vermeiden, dass zu viel Brennstoff für die Trocknung verschwendet wird.

Der Abbau von Kalkstein und Kreide erfolgt in Steinbrüchen im Tagebau. Wenn eine dünne Schicht aus oberem Bruchgestein vorhanden ist, wird die Minenerschließung nicht genutzt. Der Abtrag der oberen Sedimentschichten und die direkte Gewinnung von Kalkstein und Kreide erfolgt mit Baggern.

Entlang des Streichens der Schichten werden mehrere Leisten geschnitten, in die kleine zylindrische Löcher – Bohrlöcher – gebohrt werden, in die Sprengstoffe gelegt werden. Der gesprengte Schotter wird von Baggern auf Rollwagen geladen und zu einer Brech- und Siebanlage in den Steinbrüchen transportiert. Stücke mit einer Größe von 40 – 120 mm werden abgetrennt und je nach Entfernung vom Steinbruch zum Werk entweder per Seilbahn oder per Bahn transportiert. Im ersten Fall werden Wagen mit Karbonat-Rohstoffen direkt zu den Kalköfen geliefert, im zweiten Fall wird Kalkstein oder Kreide zunächst in ein Lagerhaus geliefert, von wo aus er mit Hängewagen oder Aufzügen zu den Öfen transportiert wird. Stücke mit einer Größe von weniger als 40 mm stellen Abfall dar, der für andere Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise im Baugewerbe, bei der Zementherstellung, in der metallurgischen Industrie oder für die Herstellung von Kalk in Öfen, die speziell für die Verbrennung von Feinkorn vorgesehen sind.

Hilfsmaterialien

1. Ammoniak.

Bei der Sodaproduktion wird Ammoniak nach der Regeneration in der Destillationsabteilung wieder in den Produktionskreislauf zurückgeführt. Die unvermeidlichen Verluste werden durch die Einbringung von Ammoniakwasser ausgeglichen. Ammoniakwasser stammt aus synthetischen Ammoniakanlagen sowie aus Kokereien.

Die Eigenschaften von Ammoniak und seinen Salzen spielen bei der Sodaherstellung eine wichtige Rolle. Unter normalen Bedingungen ist Ammoniak ein farbloses, stechend riechendes Gas, das Tränen und Erstickungsgefahr verursacht. Ammoniak ist in Wasser und Salzlösung gut löslich. In diesem Fall nimmt die Dichte der Lösung ab und ihr Volumen nimmt zu. Die Löslichkeit von Ammoniak nimmt mit sinkender Temperatur und steigendem Druck zu.

2. Kraftstoff.

Bei der Herstellung von Soda wird Brennstoff in Kalköfen zur Herstellung von Kalk und in Sodaöfen zur Kalzinierung von Natriumbikarbonat eingesetzt.

Der Hauptbrennstoff zum Verbrennen von Kalkstein oder Kreide sollte Koks sein; Es reicht völlig aus, Koks zweiter Klasse zu haben und ihn sogar mit Koks dritter Klasse mit einer durchschnittlichen Analyse zu mischen: Feuchtigkeit bis zu 0,095 %, flüchtige Stoffe bis zu 6,37 %, permanenter Kohlenstoff 76,71 %, Asche von 7 bis 15 %. Dieser Koks hat einen Heizwert von 6421 cal. Für Brennstoff gelten, wie auch für Kalkstein, bestimmte praktische Anforderungen:

1) eine bestimmte Stückgröße, etwa 6 - 7 cm;

2) Mindestprozentsatz des Aschegehalts;

3) eine bestimmte Luftfeuchtigkeit (nicht höher als ein Prozent);

Die Möglichkeit, Erdgas als Brennstoff für die Röstung von Carbonat-Rohstoffen zu nutzen, kann nicht ausgeschlossen werden. Es ist der günstigste aschefreie, kalorienreiche Brennstoff.

3.Wasser.

In Sodafabriken wird Wasser hauptsächlich zur Kühlung von Flüssigkeiten und Gasen verwendet. Relativ weniger davon wird für rein technologische Zwecke aufgewendet, beispielsweise für die Zubereitung von Lake, Kalkmilch etc. Wasser wird auch zum Antrieb von Dampfkesseln verwendet, die in der Destillationsabteilung Dampf für die Ammoniakdestillation erzeugen, für Dampfmaschinen, sofern diese im Werk vorhanden sind, und für die Raumheizung.

Die Qualität des Wassers wird durch den Gehalt an darin gelösten Salzen und Gasen charakterisiert. Besonderes Augenmerk wird auf die sogenannten „Härtesalze“ gelegt, d.h. Calcium- und Magnesiumsalze, die immer in natürlichen oberirdischen und unterirdischen Wasserquellen enthalten sind.

Es gibt temporäre und permanente Wasserhärten. Die erste wird durch in Wasser gelöste Calciumbicarbonate Ca(HCO3)2 und Magnesium Mg(HCO3)2 verursacht, die sich beim Erhitzen von Wasser bis zum Siedepunkt zersetzen und Kohlendioxidsalze ausfällen. Zum Beispiel,

Ca(HCO3)2 →CaCO3 ↓+ CO2 +H2 O.

Salze konstanter Härte, zum Beispiel CaCl2, CaSO4 usw., werden beim Erhitzen nicht aus dem Wasser entfernt. Sie fallen aus, wenn Wasser verdunstet, und bilden dichte, schwer zu entfernende Ablagerungen an den Wänden der Apparatur. Hartes Wasser kann nur dann verwendet werden, wenn die Nutzungsbedingungen nicht zur Freisetzung fester Sedimente führen. Bei Kesselinstallationen ist weder die erste noch die zweite Steifigkeitsart zulässig. Deshalb wird das Wasser für sie in speziellen Anlagen chemisch von Calcium- und Magnesiumsalzen vorgereinigt.

In Fabriken, die große Mengen Wasser verbrauchen, verwenden sie sogenanntes „Recyclingwasser“, das durch die Kühlung bereits verbrauchten erhitzten Wassers in speziellen Anlagen gewonnen wird.

Was Wasser betrifft, ist zu beachten, dass die CaCl2-Abfälle aus Sodafabriken zu einer Erhöhung der Wasserhärte in nahegelegenen Stauseen führen und es manchmal für die Nutzung unbrauchbar machen.

4. Wasserdampf.

Zur Dampferzeugung wird Wasser bis zum Siedepunkt erhitzt, der vom Druck des entstehenden Dampfes abhängt. Bei einem Druck von 760 mm Hg. Kunst. Reines Wasser kocht bei 100 °C. Mit zunehmendem Druck steigt der Siedepunkt und damit die Temperatur des entstehenden Dampfes. Bei kochendem Wasser entspricht jeder Druck einer ganz bestimmten Dampftemperatur. Ein solcher Dampf wird als gesättigt bezeichnet. Wird Sattdampf ohne Wasser erhitzt, entsteht überhitzter Dampf. Der Druck eines solchen Dampfes in einem geschlossenen Raum hängt nicht nur von der Temperatur ab, sondern auch von dem vom Dampf eingenommenen Volumen.

Bei der Dampferzeugung wird Wärme verbraucht, um das Wasser bis zum Siedepunkt zu erhitzen und zu verdampfen. Die Temperatur von zum Sieden erhitztem Wasser erhöht sich bei weiterer Wärmezufuhr nicht. Die gesamte zugeführte Wärme wird zum Verdampfen des Wassers genutzt, weshalb man von „latenter Verdunstungswärme“ spricht.

Wenn Dampf wieder kondensiert, wird die bei der Verdampfung aufgewendete Wärme freigesetzt, was Dampf zu einem guten Heizmittel macht. Zur Kondensation von Sattdampf genügt ein geringer Temperaturunterschied zwischen Dampf und erhitztem Produkt. Wenn der Dampf in direktem Kontakt mit der erhitzten Flüssigkeit steht, spricht man von „Heißdampferwärmung“, und wenn die Wärmeübertragung durch die Wand erfolgt, spricht man von „Totdampferwärmung“. Überhitzter Dampf kondensiert beim Abkühlen erst, wenn er gesättigt ist. Daher wird für Heizzwecke, bei denen hauptsächlich die Kondensationswärme genutzt wird, meist Sattdampf eingesetzt. Bei der Dampfübertragung durch Rohrleitungen wird überhitzter Dampf verwendet, der beim Abkühlen in der Rohrleitung nicht kondensiert und somit keine Kondensationswärme verliert. Überhitzter Dampf wird auch zum Antrieb von Dampfturbinen und -maschinen verwendet.

Natürliche Vorkommen .

Soda kommt natürlicherweise in großen Mengen vor, hauptsächlich in Salzlagerstätten und Trona-Lagerstätten (Mineralzusammensetzung Na2 CO3 ·NaHCO3 ·2H2O). Auf der Erde sind mehr als 60 solcher Vorkommen bekannt.

Beschreibung des technologischen Prozesses

Die Herstellung von Soda nach der Ammoniakmethode umfasst 8 Hauptschritte:

Gewinnung von Carbonat-Rohstoffen: Strippen, Sprengen, Abbau, Zerkleinern, Sortieren von Rohstoffen und Transport;

Verarbeitung von Carbonat-Rohstoffen: Rösten, Kühlen und Reinigen von Kohlendioxid, Löschen von Kalk zur Herstellung einer Kalksuspension;

Solereinigung: Wechselwirkung von Rohsole mit Reagenzien in Reaktoren und Solesedimentation;

Absorption: Waschgase, die in anderen Stufen aus Ammoniak in Wäschern freigesetzt werden, zweistufige Sättigung einer Natriumchloridlösung mit Ammoniak und teilweise Kohlendioxid aus der Destillationsstufe, Abkühlung der ammoniakhaltigen Sole;

Karbonisierung: Waschen von Ammoniak aus dem Gas, das die Karbonisierungsstufe verlässt (begleitet von der Abscheidung von Kohlendioxid), Vorkarbonisierung, Karbonisierung unter Freisetzung von Natriumbicarbonat in Fällungskolonnen, Komprimierung (vor der Einspeisung in die Karbonisierungskolonnen) des aus der Karbonisierungsstufe stammenden Kohlendioxids die Phasen der Rohstoffverarbeitung und Kalzinierung;

Filtration: Trennung von Natriumbicarbonat auf Filtern und Luftabsaugung mittels Vakuumpumpen;

Kalzinierung: Entwässerung und Zersetzung von Natriumbicarbonat in Sodaöfen, Kühlung und Reinigung von Kohlendioxid nach Sodaöfen;

Ammoniak-Regeneration (Destillation): Vorwärmen und Dissoziieren der in der Filterflüssigkeit enthaltenen Ammoniumcarbonate und -bicarbonate im Kondensator und Destillationswärmetauscher, Mischen und Wechselwirkung der erhitzten Flüssigkeit mit einer Kalksuspension im Mischer und Destillation von Ammoniak im Destilliergerät.

Der gesamte Sodaprozess kann vollständig durch die folgenden chemischen Gleichungen dargestellt werden:

NH3 +H2 O= NH4 OH

CO2 + H2 O=H2 CO3

H2 CO3 + NH4 OH= NH4 HCO3 + H2 O

NH4 HCO3 + NaCl=NaHCO3 + NH4 Cl

2 NaHCO3 →Na2 CO3 + H2 O+ CO2

CaCO3 → CaO+ CO2

CaO+ H2 O= Ca(OH)2

Ca(OH)2 +2 NH4 Cl= NH4 OH+CaCl2

N.H. 3 H 2 Ö

Der Zusammenhang zwischen den Reaktionen kann durch das folgende Diagramm dargestellt werden:

CaCO3 =CaO+CO2

NaCl + NH3 + CO2 + H2 O↔ NH4 Cl+ NaHCO3

NaHCO3 →Na2 CO3 + CO2 + H2 O+ΔΗ

Die Umsetzung des chemischen Modells ist mit der Entwicklung eines technologischen Regimes verbunden, das die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines wässrigen Vierkomponentensystems nutzt.

In einer wässrigen Lösung gibt es vier Komponenten NaCl – NH4 HCO3 – NH4 Cl – NaHCO3 (es gibt vier unabhängige Komponenten, denn wenn die Werte von drei Komponenten bekannt sind, kann der Gehalt der vierten mithilfe der Reaktionsgleichung berechnet werden .) Das Salz NH4 HCO3 entsteht durch die Wechselwirkung von CO2 und NH3 in einer Lösung:

CO 2 (p) + 2NH3(p) ↔NH2 COONH4(p) – ΔΗ1

Das resultierende Carbamat wird hydrolysiert:

N.H. 2 COONH 4( P ) + H 2 Ö ↔ N.H. 4 HCO 3(r) + N.H. 3( P ) + ΔΗ 2 - ΔΗ + ΔΗ = -63,8 kJ

Das Temperaturregime wurde basierend auf den Ergebnissen einer Reaktionsstudie ausgewählt und Materialberechnungen sowie Verhältnisse der reagierenden Komponenten wurden basierend auf Daten zum Vierpolsystem bestimmt. Nachfolgend finden Sie grafische Methoden zur Entwicklung eines Prozessregimes für Reaktionen dieser Art. Anhand des Diagramms (Abb. 1) wird festgestellt, dass Natriumchlorid mit Ammoniumbicarbonat interagiert und Natriumbicarbonat und Ammoniumchlorid bildet. Die Löslichkeit von Natriumbicarbonat in diesem System ist gering, da sich in einer Gleichgewichtslösung 1 Mol Bicarbonat löst in 4240 Mol Wasser, d.h. e. fällt praktisch in die feste Phase. Die Projektion des Diagramms auf das Quadrat der Salzzusammensetzung ist in Abb. 2 dargestellt

Reis. 3. System Na+, NH+4║Cl-, HCO3- - H2O, T 30ºС: А-NaС1; B-NaHCO3; C-NH4HCO3; D - NH4C1; i-Menge an H2O – Mol Wasser/1 Mol Σ-Salze; i* – Gleichgewicht, inp – praktisches R-Verhältnis von A:C reagierend; P – Salzzusammensetzung der Lösung

Abb.4. Projektion des Systems Na+, NH4+║Cl-, HCO-3- H2O, T 30ºС: А-NaС1; B-NaHCO3; C-NH4HCO3; D - NH4C1; e – Salzzusammensetzung eutonischer Lösungen von Zweikomponentensystemen; P – invariante Punkte eines Vierkomponentensystems; R – Salzzusammensetzung der Reaktionsmischung

Die stabile Diagonale des Salzquadrats, die nur zwei Kristallisationspole schneidet, ist die Diagonale von Natriumbicarbonat - Ammoniumchlorid; das Verhältnis zwischen den reagierenden Komponenten wird grafisch entsprechend der Projektion des Diagramms unter Berücksichtigung der Notwendigkeit der Natriumgewinnung ausgewählt Bicarbonat, das in der festen Phase keine Ammoniumsalze enthält. Diese Technik ist in Abb. 3 dargestellt. Sie besteht darin, einen leicht erhöhten Wassergehalt in der Lösung im Vergleich zum invarianten Bildpunkt P1 zu erzeugen, auf den der Kristallisationsstrahl gerichtet ist.

Abb.5 Querschnitt des Diagramms nach ARP1:

i*LBN – Wassermenge in der Gleichgewichtslösung; iR.pr – Wassermenge in der Prozesslösung; ip1 ist die Wassermenge in Lösung P1; R – bildlicher Punkt der Reaktionsmischung.

Das Wesentliche des Prozesses lässt sich so ausdrücken, dass bei der Behandlung einer mit Ammoniak gesättigten Sole mit Kohlendioxid zunächst eine Art Neutralisation dieser Lösung mit Kohlendioxid erfolgt, begleitet von einer erheblichen Wärmefreisetzung, und dann, z die Konzentration des durchschnittlichen Ammoniumcarbonatsalzes in der Lösung nimmt zu, sein Austausch zersetzt sich mit Speisesalz unter Bildung von Soda, das bei weiterer Einwirkung auf die Kohlendioxidlösung die am wenigsten lösliche Verbindung bildet – Bicarbonat.

Aus praktischer Sicht ist nicht nur der Reaktionsverlauf und das Erreichen der besten Bicarbonatausbeute interessant, sondern auch die Qualität (physikalische Eigenschaften, Struktur) des resultierenden Bicarbonatniederschlags. Wenn unter Fabrikbedingungen die Ausfällung von Bicarbonat bei leicht erhöhter Temperatur beginnt und beim Abkühlen Kristallwachstum auftritt, entsteht ein grobkristalliner, gut abgesetzter, gut filtrierter und gut gewaschener Niederschlag. Die Kühlgrenze in Fabriken liegt meist bei 28 – 30 °C, manchmal aber auch darunter – bis zu 25 °C. Die Struktur des Sediments ist von großer Bedeutung, da die Leichtigkeit und Geschwindigkeit der Filtration und des Waschens den Dampfverbrauch für die Destillation von Mutterlaugen reduziert und darüber hinaus die im Bicarbonat nach der Filtration verbleibende Feuchtigkeit verringert, was wiederum erleichtert die Kalzinierung des Sediments und reduziert den Kraftstoffverbrauch für diesen Prozess. Zu starke Kühlung führt zur Bildung sehr feiner, schlammartiger Sedimente, die schwer zu filtern sind und die normale Produktion stören und verteuern.

Reinigung von Kochsalzlake

In Sodafabriken wird Rohsole mit der Kalk-Soda-Methode von Verunreinigungen gereinigt. In diesem Fall wird Soda zur Ausfällung von Calciumsalzen und eine Kalksuspension zur Ausfällung von Magnesiumsalzen verwendet.

Die Kalk-Soda-Methode basiert auf Ionenaustauschreaktionen, die zur Bildung von schwerlöslichem Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid führen:

Ca2+ +CO32- ↔CaCO3; Mg2+ +2OH- ↔Mg(OH)2

Die Vollständigkeit der Freisetzung von Magnesium- und Calciumionen in den Niederschlag und damit der Reinigungsgrad wird durch die Löslichkeit von CaCO3 und Mg(OH)2 in einer Natriumchloridlösung bestimmt. Ein indirekter Parameter, der die Vollständigkeit der Freisetzung von Ca2+ und Mg2+ in das Sediment charakterisiert, kann der pH-Wert sein, der bei der Schaffung eines automatischen Kontrollsystems für den Reinigungsprozess wichtig ist.

Die Hauptschwierigkeiten der ersten Stufe der Solereinigung sind die geringe Eindickungsgeschwindigkeit der Magnesiumhydroxid-Suspension und die unbefriedigende Filtrationsgeschwindigkeit der eingedickten Suspension. Es wurde festgestellt, dass während des Fällungsprozesses die Bildung eines amorphen (oder nahezu amorphen) Produkts mit einer relativ hohen Löslichkeit auftritt. Die Dauer seiner Existenz hängt von der Zusammensetzung der Mutterlauge, der Temperatur und den Eigenschaften des verwendeten Alkalis ab. Bei diesem Produkt handelt es sich um hydratisiertes Magnesiumhydroxid: Mg(OH)2 · (H2 O)m. Der Abstand zwischen den Spaltungsebenen eines solchen Hydroxids ist größer als die Länge der Wassermoleküle. Der Prozess der Sedimentreifung, der mehrere Tage dauern kann, lässt sich mit der Gleichung beschreiben

Mg(OH)2 ·(H2 O)m → Mg(OH)2 +mH2 O; 1

Dadurch entsteht Magnesiumhydroxid mit guten Sedimentationseigenschaften und einem Gitter vom Brucit-Typ.

Zu beachten ist, dass mit steigender Soletemperatur die Sedimentationsgeschwindigkeit und die Suspensionsverdichtung zunehmen. Andererseits ist eine Temperaturerhöhung für den nachfolgenden Produktionsschritt – die Ammoniakabsorption – unerwünscht. Daher wird in der Solereinigungsstufe die Soletemperatur auf nicht mehr als 22 °C gehalten (mit einem hohen Gehalt an Magnesiumionen).

In Abb. Abbildung 6 zeigt ein technologisches Schema zur Reinigung von Sole nach der Kalk-Soda-Methode. Tank 1 wird mit einer Sodalösung versorgt, zu deren Herstellung Soda und gereinigte Sole verwendet werden. Von der Löschkammer der Kalkbrennerei bis zum Tank 2 Es entsteht eine Kalksuspension (90 ± 10 n.d.). Zur Regulierung des Titers der Kalksuspension im Mischbehälter 2 Es wird gereinigte Sole geliefert. Als nächstes gelangen die Reagenzien in den Mischer 3.

Prozessablaufdiagramm der Reinigungsabteilung

Reis. 6 Schema der Solereinigungsabteilung: 1 – Tank für Sodalösung; 2 - Kalkmilchtank; 3 – Mischer; 4 – Expander; 5 – Reaktor; 6 – Absetzbecken; 7 – Tank für gereinigte Sole; 8 – Schlammsammler; 9 – Sammlung von Rohsole; 10 – Pumpen.

Der Solereinigungsprozess wird kontinuierlich durchgeführt. Rohsole wird von der Soleproduktionsanlage in Tanks – Lagereinrichtungen für Rohsole – geliefert 9. Hauptfluss der Rohsole durch Kreiselpumpe 10 über Expander 4 wird über eine Rohrleitung zum Reaktor geleitet. Bei Bedarf wird ein Teil der Rohsole durch Abkühlung des Gases aus Sodaöfen erhitzt und anschließend in einem Expander mit dem Hauptstrom vermischt. Das Rohr, das den Reaktor mit Flüssigkeit versorgt, ist U-förmig. Der Reaktor verfügt über keinen Rührer. Die erforderliche Durchmischung wird durch den hohen Flüssigkeitsdurchfluss aus den U-förmigen Reaktorrohren erreicht.

Um einen normalen Prozessablauf im Reaktor sicherzustellen, ist es wünschenswert, die Zellstofftemperatur innerhalb von 17 ± 3 °C zu halten. Der Reaktor ist über eine Rohrleitung mit dem Absetzbecken verbunden 6. Die Suspension gelangt von oben in den Absetzbehälter und fällt durch ein zentrales Rohr, das nicht bis zum Boden reicht, nach unten. Anschließend steigt die Sole auf und trennt sich von der festen Phase. Die geklärte Sole wird durch eine am Rand angebrachte Überlaufrinne aus dem Absetzbecken abgeführt. Der Schlamm vom Boden des Absetzbeckens wird regelmäßig durch spezielle Rohre in einen Sammeltank (Schlammmischer) abgelassen. 8; Auch Schlamm aus Reaktor 5 kommt hierher.

Geklärte Sole aus dem Absetzbecken 6 in die Sammlung geschickt 7 und dann 10 zur Absorption pumpen. Im Rührer 8 Der Schlamm wird mit Wasser und einer Pumpe verdünnt 10 in die Flüssigschlammleitungen der Brennerei gepumpt.

Kalkverbrennung und Kohlendioxidproduktion

In der Praxis wird für das Soda-Verfahren Kohlendioxid durch Verbrennen von Kalkstein erzeugt und parallel dazu neben Kohlendioxid auch Kalk gewonnen, der auch für das Ammoniak-Soda-Verfahren in Form von Kalkmilch als Ammoniak-Soda-Verfahren benötigt wird Alkali während der Destillation zur Zersetzung des in der Mutterlauge enthaltenen Ammoniums. Die Kalkabteilung ist somit Hilfsbetrieb im Sodageschäft und produziert Zwischenprodukte für den Hauptprozess. Der in der Kalkabteilung ablaufende Prozess gliedert sich in drei Arbeitsgänge:

1) Brennen von Kalkstein oder Kreide in Öfen;

2) Löschen von Kalk zur Herstellung von Kalkmilch;

3) Waschen und Reinigen des aus den Öfen austretenden Kohlendioxids.

Die Reaktion, die beim Verbrennen von Kreide oder Kalkstein auftritt, lässt sich wie folgt darstellen:

CaCO3 =CaO+CO2.

Beim Kalzinieren von Carbonatrohstoffen kommt es neben den Zersetzungsreaktionen von Calcium- und Magnesiumcarbonaten zu einer Reihe schädlicher Nebenreaktionen: der Wechselwirkung des entstehenden Calciumoxids mit Oxiden von Silizium, Aluminium und Eisen. Letztere sind in Form von Verunreinigungen in Rohstoffen enthalten und sind auch in der Zusammensetzung von Brennstoffasche und feuerfesten Steinen für die Ofenauskleidung enthalten. Die entstehenden Nebenprodukte können nicht zur Herstellung einer Kalksuspension verwendet werden, was die Effizienz des Brennens verringert. Siliziumdioxid SiO2 interagiert mit basischen Oxiden bei 700–800 °C und bildet die folgenden Verbindungen: CaO·SiO2-Kalziummetasilikat (Schmelze = 1540 °C); 3CaO 2SiO2 – Sesquicalciumsilikat (tm = 1475°C); 2CaO·SiO2 – Dicalciumsilikat (tmelt = 2130°C); 3СаО·SiO2 – Tricalciumsilikat (trael=1900 °С). Zunächst entsteht Dicalciumsilikat, das mit überschüssigem CaO in Kalk gesättigt wird, um Tricalciumsilicat zu bilden.

Aluminiumoxid Al2OS reagiert mit CaO im Bereich von 500–900 °C. Mit zunehmender Temperatur wandelt sich das zunächst gebildete Calciummonoaluminat CaO·A12O3 in Tricalciumaluminat 3CaO·Al2O3 um, das die Fähigkeit besitzt, Kalk in eine niedrigaktive Form umzuwandeln. CaO-Verbindungen mit Aluminium- und Eisenoxiden sind am schmelzbarsten und spielen beim Schmelzen von Kalk eine wichtigere Rolle als Kieselsäure.

Calciumsulfat CaSO4 hat seine Hauptwirkung auf den Kalkbrennprozess, indem es die Temperatur der Bildung der flüssigen Phase senkt. Die Beimischung von Calciumsulfat beeinflusst auch den Prozess der Kalkhydratation und verlangsamt ihn erheblich. Magnesiumoxid löst sich gut in der Schmelze und senkt den Schmelzpunkt der flüssigen Phase deutlich.

Wasserdampf beeinflusst den Dissoziationsprozess von CaCO3 bei niedrigen Temperaturen (650–750 °C). Wasserdampf wird an der Oberfläche der Kristalle adsorbiert und erleichtert so die Freisetzung aktivierter Ionen über das Kristallgitter hinaus. Bei hohen Brenntemperaturen (1000 °C und mehr) hat die Anwesenheit von Wasserdampf keine katalytische Wirkung auf den Dissoziationsprozess.

Calciumoxid, das Bestandteil von Kalk ist, kann frei (aktiv oder inaktiv) oder gebunden vorliegen, das heißt, es hat mit Verunreinigungen interagiert und neue Verbindungen gebildet (unwiederbringlicher Verlust von CaO).

Aktives CaO ist der Anteil an freiem Calciumoxid, der unter normalen Abschreckbedingungen mit Wasser reagieren kann; inaktives CaO – Teil des freien Calciumoxids, das unter normalen Abschreckbedingungen nicht mit Wasser reagiert,

Inaktives CaO entsteht durch Strukturveränderungen unter dem Einfluss hoher Temperaturen sowie durch die Umhüllung der CaO-Körner mit einem Schmelzfilm, der entsteht, wenn CaO mit Verunreinigungen interagiert. Gleichzeitig nimmt die Wechselwirkung von CaO mit der Ofenauskleidung zu. Bei einem Temperaturanstieg über den zulässigen Grenzwert kann es zur Bildung mehr oder weniger großer Kalkmassen („Ziegen“) kommen, die den Betrieb der Öfen stören.

Die Verbrennung fester Brennstoffe in einer Schicht aus klumpigem Material weist folgende Merkmale auf: Es gibt keine durchgehende Brennschicht (einzelne Brennstoffstücke werden durch eine Masse verbrannten Materials getrennt, das gegenüber der Verbrennung inert ist, da die Ladung 6,5 bis 10 % Brennstoff enthält). ;

2) Die Absorption der für die Zersetzung von Carbonaten aufgewendeten Wärme erfolgt direkt in der Verbrennungszone.

3) die Verbrennung erfolgt in einem in der Heizzone erhitzten Luftstrom;

4) Brennstoffstücke, die während des Verbrennungsprozesses abnehmen, liegen vor der sich bewegenden Schicht des zu verbrennenden Materials, was den gesamten Verbrennungsprozess erheblich beeinflusst;

5) In der Brennstoffaufbereitungszone freigesetzte flüchtige Brennstoffsubstanzen kommen mit einem Strom heißer Gase in Kontakt, die nahezu keinen Sauerstoff enthalten und ohne Verbrennung abdestilliert werden.

1. Betrieb von Öfen.

In Schachtöfen wird Kreide oder Kalkstein gebrannt. Es besteht aus drei Hauptmechanismen – einem Schacht, Be- und Entlademechanismen (Abb. 7), in die eine Mischung aus einem bestimmten Anteil an Kalkstein und festem Brennstoff von oberhalb der Öfen geladen wird. Im letzteren Fall wird Koks verwendet. Unter dem Einfluss des von unterhalb des Ofens erfolgenden Kalkaustrags sinkt das obige Gemisch aus Kalkstein und Koks allmählich von oben nach unten. Im oberen Teil des Ofens findet ein Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und dem beladenen Gemisch statt, wodurch der Kalkstein getrocknet und die Gase gekühlt werden. Beim Absinken gelangt das Gemisch in die Zone der intensivsten Koksverbrennung, und hier erfolgt die endgültige Verbrennung der Kreide unter Freisetzung von Kohlensäure.

Die in Kalk umgewandelte Kreide fällt nach unten und auf ihrem Weg findet ein sekundärer Wärmeaustausch zwischen dem heißen Kalk und der von unten kommenden Luft statt, der für den Verbrennungsprozess des Brennstoffs notwendig ist. Gleichzeitig kühlt sich der Kalk ab und die Luft erwärmt sich. Öfen arbeiten unter Luftdruck, der von einem Ventilator in den geschlossenen Boden des Ofens gedrückt wird.

2. Druckunterschied.

Der Druck am Boden des Ofens sollte durch ein Ventil am Auslassrohr des Ventilators so reguliert werden, dass der Druck des den Ofen verlassenden Gases 5 mm Wassersäule beträgt, dessen Menge proportional zur Kohlendioxidanalyse ist um Luftüberschuss oder Luftmangel zu vermeiden. Dieser Druck an der Oberseite des Ofens stellt sicher, dass keine Luft von außen angesaugt wird, was andernfalls auftreten könnte, wenn die obere Öffnung des Ofens zum Beladen geöffnet wird. Andererseits führt er jedoch zu einem gewissen Gasaustritt aus dem Ofen Ofen während der Beladung.

Abb.7 Schachtkalkofen:

1 – Stützsäule;

2 – Spalt mit wärmedämmender Schicht;

3 – rotes Mauerwerk;

4 – feuerfestes Mauerwerk;

5 – Ladevorrichtung;

6 – gemeinsamer Kollektor;

7 – Ofenschacht;

8 – Entladevorrichtung;

9 – Fundament.

Das Einblasen von Luft in den Ofen bietet auch den Vorteil, dass die Verbrennungsintensität steigt, die Produktivität des Ofens steigt, die prozentuale Zusammensetzung des Kohlendioxids steigt und eine gewisse Unabhängigkeit des Ofenbetriebs vom Betrieb des Kompressors geschaffen wird. Bei gleicher Ofenproduktivität dient ein Anstieg des Luftdruckunterschieds zwischen Unter- und Oberteil als Hinweis auf eine besondere Qualität der in den Ofen geladenen Materialien. Die normale Größe der in den Ofen geladenen Kreide und Koks beträgt: für Kreide Stücke mit einem Durchmesser von 120 – 150 mm und für Koks – Stücke mit einem Durchmesser von 50 – 60 mm. Ein Anstieg der Druckdifferenz weist auf das Vorhandensein zu vieler kleiner Stücke im in den Ofen geladenen Material hin, was zu einer Verringerung der Produktivität des Ofens bis hin zur vollständigen Dämpfung führen kann, während die Druckdifferenz um zu viele Stücke abnimmt des geladenen Materials kann zu einem schlechten Kraftstoffverbrauch und damit zu einem Rückgang der Kohlendioxidkonzentration führen. Der normale Druckunterschied liegt im Bereich von 20 – 25 mm Wassersäule.

3. Temperaturunterschied.

Ein Indikator für die ordnungsgemäße Verbrennung in einem Ofen ist auch die Temperatur des Kalks am Boden des Ofens und die Temperatur des Gases, das den Ofen verlässt. Im Normalbetrieb beträgt die Temperatur des Kalks am Boden des Ofens 45–55 °C und die Temperatur des austretenden Gases am oberen Ende des Ofens 130–150 °C. Wenn der Ofen nicht ordnungsgemäß funktioniert, können folgende Abweichungen auftreten:

1. Kalter Kalk – heißes Gas. Dies zeigt an, dass sich die Verbrennungszone nach oben bewegt hat. Um den normalen Betrieb wiederherzustellen, ist es notwendig, entweder die Entladung des Kalks aus dem Ofen zu erhöhen oder die Menge der einströmenden Luft zu reduzieren.

2. Heißer Kalk – kaltes Gas. Dies zeigt an, dass sich die Verbrennungszone nach unten bewegt hat. Um den Normalbetrieb wiederherzustellen, ist es notwendig, den Abfluss zu reduzieren und den Luftstrom zu erhöhen.

3. Heißer Kalk – heißes Gas. Dies weist darauf hin, dass sich die Verbrennungszone im Ofen erweitert hat. Dies könnte hauptsächlich drei Gründe haben:

a) Entweder sind in der Ladekreide viele kleine Partikel enthalten; Wenn solches Material in den Ofen geladen wird, werden große Stücke von der Verteilungsvorrichtung entlang der Peripherie ausgeworfen und Feinteile werden hauptsächlich in der Mitte gesammelt. Die vom Ventilator angetriebene Luft strömt größtenteils am Rand entlang und hebt dadurch die Verbrennungszone an. In der Mitte nimmt die Verbrennungszone aufgrund des Luftmangels eine kegelförmige Form an;

b) oder im Ofen haben sich an den Wänden Ziegen gebildet, die an einer Stelle den Luftdurchtritt unten verzögern und so die Verbrennungszone absenken, an anderen Stellen lassen sie mehr Luft durch und heben die Verbrennungszone nach oben. Von enormer Bedeutung für die Aufrechterhaltung der konzentrierten Verbrennungszone im Ofen auf normaler Höhe ist die gleichmäßige Häufigkeit der Beladung des Ofens, die Aufrechterhaltung eines konstanten Materialhorizonts an der Oberseite des Ofens und die sorgfältige Vorbereitung der Mischung aus Kreide und Koks;

c) ein erheblicher Prozentsatz an Feinanteilen pro normaler Größe der in den Ofen geladenen Brennstoffstücke. Kleine Stücke brennen oben schneller, während größere Stücke viel tiefer brennen und dadurch die Verbrennungszone länger wird.

Zubereitung von Limettenmilch

Kalkmilch, notwendig bei der Sodaherstellung zur Regeneration von Ammoniak aus Ammoniumchlorid durch Reaktion

2NH4 C1 + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2 O,

durch Löschen von Kalk mit überschüssigem Wasser gewonnen:

CaO+ H2 O → Ca(OH)2

Ca(OH)2 ist in Wasser schlecht löslich und die Löslichkeit nimmt mit steigender Temperatur ab. Bei 0°C löst sich 0,185 auf G pro 100 g H2O und bei 100°C nur 0,077 G pa 100 G H2 O. Daher wird zur Zersetzung von Ammoniumchlorid keine homogene Lösung verwendet, sondern eine Suspension von Ca(OH)2 in Wasser, sogenannte Kalkmilch. Die Konzentration an suspendiertem Calciumhydroxid in der Kalkmilch sollte möglichst hoch sein, denn je weniger Wasser mit der Kalkmilch in die Destillationsabteilung gelangt, wo Ammoniak regeneriert wird, desto weniger Wärme (Dampf) wird für die Erhitzung dieses Wassers aufgewendet Regenerationsprozess. Die maximal mögliche Konzentration von Kalkmilch wird durch ihre Viskosität begrenzt: Eine zu viskose Suspension lässt sich nur schwer transportieren, Verunreinigungen entfernen und dosieren. Die Viskosität der Suspension hängt nicht nur von der Konzentration des suspendierten Ca(OH)2 ab, sondern auch von der Temperatur. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Viskosität ab. Daher wird Kalkmilch bei einer hohen Temperatur (~90 °C) gewonnen, was durch die Verwendung von heißem Wasser zum Abschrecken sowie die Freisetzung von Wärme während der Abschreckreaktion selbst gewährleistet wird. Diese Wärme könnte die Temperatur der Kalkmilch um etwa 75 °C erhöhen, praktisch jedoch geht ein erheblicher Teil der Wärme beim Abschreckvorgang durch Wasserverdunstung und Wärmestrahlung verloren. Daher kann Kalkmilch mit einer Temperatur von 90–95 °C erhalten werden, indem zum Abschrecken auf 60–65 °C erhitztes Wasser verwendet wird.

Die Qualität der Kalkmilch wird maßgeblich von der Kalkqualität beeinflusst. Wichtig ist beispielsweise die Temperatur, bei der der Carbonat-Rohstoff gebrannt wurde: Je höher sie ist, desto langsamer löscht der entstehende Kalk ab und desto weniger dispergiert ist die Kalkmilch. Bei zu hoher Brenntemperatur (über 1350°C) entsteht Kalk, der mit Wasser praktisch nicht abgeschreckt werden kann.

Von den im Kalk vorkommenden Verunreinigungen hat Calciumsulfat den größten Einfluss auf die Löschdauer.

Der hohe Dispersionsgrad der Kalkmilch ist nicht nur für die Zersetzungsgeschwindigkeit von Ammoniumchlorid wichtig. Eine hochdisperse Suspension ist schwieriger zu trennen, behält ihre Homogenität besser, was beim Dosieren wichtig ist, verstopft keine Rohrleitungen und verschleißt Pumpen und Kommunikation weniger. Die ungefähre Zusammensetzung von Limettenmilch ist wie folgt:

Ca(OH)2 …………………. 200 – 250 n.d.

Mg(OH)2 …………………1 – 2 g/l

CO2-3 ……………………… 7 – 14 n.d.

CaSO4 …………………… 1 – 3 g/l

SiO2 + unlöslich in Wasser

HCl-Verunreinigungen………………...10 – 20 g/l

R2 O3 ………………………..5 – 8 g/l

Dichte………………….1.26

Technologisches Schema zur Herstellung von Kalkmilch

Das technologische Schema zur Herstellung von Kalkmilch umfasst zwei Hauptvorgänge: Löschen von Kalk mit heißem Wasser und Reinigen der Kalkmilch von großen Stücken und kleinen Körnern fehlenden Materials, Überhitzung und anderen unlöslichen Verunreinigungen.

Die Bewegung der Materialflüsse für einzelne Geräte ist in Abb. dargestellt. 8. Aus dem Arbeitstrichter 2 Kalk wird per Tablettzuführung zugeführt 1 in eine rotierende Dämpfertrommel 3, wo nach dem Auswaschen von Abfallkalkverunreinigungen (schwache Kalkmilch) gleichzeitig erhitztes Wasser und Waschwasser zugeführt werden.

Reis. 8 technologisches Schema zur Herstellung von Kalkmilch:

1 – Fachzuführung; 2 – Arbeitstrichter; 3 – Trommel – Dämpfer; 4 – Kondensator; 5 – Sortiertrommel für groben Abfall; 6 – Förderband; 7 – Sortiertrommel; 8 – Schnecke; 9 – Nassmahlkugelmühle; 10 – Mixer aus unraffinierter schwacher Limettenmilch; 11 – Vibrationssieb; 12 – Mixer aus gereinigter schwacher Limettenmilch; 13 – Schlammmischer; 14 – Klassifikator; 15 – Mixer für konzentrierte Limettenmilch.

Im Löschmittel 3 wird der Kalk gelöscht und es entsteht Kalkmilch mit einer Mischung aus unterschiedlich großen Stücken ungesalzener, überhitzter und anderer ungelöschter Kalkpartikel. Kalkmilch gelangt zusammen mit Verunreinigungen aus dem Dämpfer 3 in die Sortiertrommel 5 Für große Körner gibt es ein Sieb mit Löchern der Größe 40 mm . Die Grobschmutz-Sortiertrommel ist eine Fortsetzung des Dämpfers, rotiert mit diesem und dient dazu, große Schmutzteile aus der Kalkmilch zu trennen.

Kalkmilch gelangt durch die Löcher in der Trommel in die Sortiertrommel 7 zur weiteren Reinigung von Kleinabfällen. Große, nicht gepalmte Holzstücke (mehr als 40 mm groß) am Ende der Trommel werden mit heißem Wasser gewaschen, auf Förderband 6 übertragen und zum erneuten Brennen in Kalköfen überführt. Die Sortiertrommel 5 für große Totfallen ist in einem Gehäuse untergebracht, das mit zwei Abgasrohren ausgestattet ist, um den im Dämpfer erzeugten Dampf abzuleiten. Ein Rohr führt zum Kondensator 4, wo der Dampf aus dem Feuerlöscher kondensiert und das zum Löschen verwendete Wasser erhitzt. Das zweite Rohr wird im Falle einer Reparatur oder Reinigung des Kondensators in die Atmosphäre entlüftet.

In der Sortiertrommel 7 für Kleinmüll, einem rotierenden Lochsieb mit 2×10 mm Löchern, werden Partikel größer als 2 mm aus der Kalkmilch abgeschieden. Kalkmilch gelangt durch ein Sieb in den kegelförmigen Behälter des Gehäuses, der eine Sortiertrommel umschließt, und gelangt von dort zur endgültigen Reinigung von Verunreinigungen zum Klassierer 14. Der Schlamm, der sich am Boden des Klassierers absetzt, wird geschöpft Durch einen Zahnstangenmechanismus wird es mit heißem Wasser gewaschen und gelangt in den Schlammmischer 13. Konzentriert. Die vom Schlamm befreite Milch wird in einen 15-Liter-Kalkmilchmischer eingespeist und gelangt dann zur vorgesehenen Verwendung in die Destillationsabteilung.

Die in der Sortiertrommel verbleibenden Feststoffpartikel mit einer Größe von mehr als 2 mm bewegen sich beim Drehen der Trommel nach und nach entlang dieser und werden in eine Schnecke 8 entladen, mit deren Hilfe sie einer Nassmahlkugelmühle 9 zugeführt werden. In der Mühle wird gleichzeitig mit dem Mahlen der Kalk gelöscht, der beim Mahlen von Kalksteinstücken freigesetzt wird. Die in der Mühle erzeugte schwache Kalkmilch fließt zusammen mit Verunreinigungen in den Mischer 10, wo auch die schwache Kalkmilch, die beim Waschen der Abfälle entsteht, entfernt wird. Um den Schlamm zu reinigen, wird schwache Kalkmilch mit einer Kreiselpumpe aus Mischer 10 in das Vibrationssieb 11 gepumpt. Schlamm vom Vibrationssieb gelangt in den Abfallschlammmischer 13, und die gereinigte schwache Kalkmilch gelangt in den gereinigten schwachen Milchmischer 12, von wo aus die Pumpe es dem Dämpfer zuführt.

Schlamm aus dem Klassierer 14 und Vibrationssieb 11 im Rührer verdünnt 13 Die Abfallflüssigkeit des Brenners und einer Kreiselpumpe wird in den Abfallflüssigkeits-Lagertank – das sogenannte „Weiße Meer“ – gepumpt.

Standards für das technologische Regime zur Trennung von Kalkmilch, deren Regulierung und Kontrolle

Die wichtigsten regulierten Indikatoren, die die Qualität der Kalkmilch charakterisieren und den normalen Betrieb der Destillationsabteilung gewährleisten, sind die Konzentration von Ca(OH)2 oder freiem CaO und die Temperatur der Milch. In Sodafabriken wird die Konzentration an freiem CaO in Kalkmilch als Milchtiter bezeichnet, da sie durch die übliche Titration von Milch mit Salzsäure bestimmt wird.

Für die Produktion ist es notwendig, dass der Ca(OH)2-Gehalt in der Kalkmilch möglichst hoch ist, da dadurch das Volumen der Brennflüssigkeit reduziert wird und somit die Produktivität der Destillationsabteilung erhöht sowie der Dampfverbrauch und der Kalkverlust reduziert werden und Ammoniak mit der Destillierabfallflüssigkeit. Eine zu hohe Konzentration an Ca(OH)2, die die Viskosität der Suspension erhöht, führt jedoch zu Schwierigkeiten beim Betrieb des Suppressors und bei der Reinigung der Milch von Verunreinigungen. Die Praxis hat gezeigt, dass die zulässige Konzentration von Ca(OH)2 in Milch (Titer) im Bereich von 200-250 n liegen kann. d. Darüber hinaus sollten Schwankungen im Milchtiter minimal sein, da sie die Regulierung der Milchdosierung in der Destillationsabteilung erschweren und den Verlust von Kalk und Ammoniak aus der Abfallflüssigkeit des Brenners erhöhen. In der Abfallflüssigkeit sind Schwankungen des freien CaO von 1–2 n zulässig. sterben. innerhalb einer normalen Division. In der Destillationsabteilung wird Kalkmilch etwa vierfach verdünnt. Daraus folgt, dass Schwankungen des Milchtiters 4 n nicht überschreiten sollten. D.

Der Milchtiter wird durch Veränderung der zum Abschrecken zugeführten Wassermenge eingestellt. Titerschwankungen werden in relativ großen Behältern – Kalkmilchmischern – ausgeglichen. Die dem Dämpfer zugeführte Kalkmenge wird durch den Kalkmilchverbrauch der Verbraucher (Soda, Natronlauge, Wasseraufbereitung usw.) bestimmt.

In erster Näherung lässt sich die Konzentration von Ca(OH)2 in Kalkmilch anhand der Dichte beurteilen, die vom Bediener direkt in der Werkstatt einfach gemessen werden kann. Für eine genauere Bestimmung alle 30 Minuten. Analysieren Sie den Gehalt an freiem CaO im Werkstattlabor.

Die Möglichkeit, Kalkmilch mit einem hohen Gehalt an freiem CaO zu erhalten, wird durch die Viskosität der resultierenden Milch begrenzt, die nicht nur von der Konzentration, sondern auch von der Temperatur abhängt. Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität der Milch ab, die Bedingungen für die Reinigung von Verunreinigungen verbessern sich und ihr Transport und ihre Dosierung werden einfacher. Um Milch mit einem hohen Titer zu erhalten, ist es daher notwendig, den Kalk bei erhöhter Temperatur zu löschen. Die Normen des technologischen Regimes sehen eine Endtemperatur der Milch von 85–95 °C vor. Diese Temperatur hängt weitgehend von der Temperatur ab, die dem Löschwasser zugeführt wird, das durch die Kondensationswärme des aus dem Löscher austretenden Wasserdampfs erhitzt wird. Zum Heizen können Sie Abwasser aus dem Gaskühler von Sodaöfen oder aus dem Destillationsgaskühler verwenden.

Die Normen des technologischen Regimes sehen einen CO32-Gehalt in Kalkmilch in einer Menge von 7-12 n vor. d. Dieser Wert charakterisiert den Gehalt an CaCO3 in der Milch, nutzlosem inaktivem Kalk, der praktisch nicht mit NH4 C1 interagiert, d. h. den Grad der Reinigung der Milch von Verunreinigungen. Kalkmilch muss im wirtschaftlich vertretbaren Rahmen gereinigt werden, da mit zunehmendem Reinigungsgrad der Prozess komplizierter wird. Die Norm für den CO32-Gehalt in Kalkmilch gibt diesen sinnvollen Grenzwert an.

Absorption

Der Zweck des Absorbers besteht darin, die endgültige Sättigung der Sole aus dem Kolonnenwäscher mit Ammoniak abzuschließen.

Kochsalzlösung mit 310 g/l Natriumchlorid, zuvor von Verunreinigungen anderer Salze gereinigt, gelangt in den Absorber, in den Ammoniak aus der Destillationskolonne eingespeist wird, wo nach Vakuumfiltern die Regeneration von Ammoniak und Mutterlauge erfolgt. Außerdem gelangt Gas, das Ammoniak und Kohlendioxid aus dem Bikarbonat-Kalzinierungsofen enthält, in den Absorber.

Wenn die Sole während des Ammoniakprozesses nur unzureichend von Calcium- und Magnesiumsalzen gereinigt wird, kann es zu unerwünschten Nebenreaktionen kommen: Ammoniak und Kohlendioxid interagieren mit Calcium- und Magnesiumsalzen und bilden Niederschläge aus Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid, die sich an den Wänden ablagern können von Apparaten und Rohrleitungen. Bei systematischer Verletzung des Solereinigungsregimes können Ablagerungen von CaCO3 und Mg(OH)2 an den Wänden von Apparaten und Rohrleitungen den normalen Betrieb der Absorptionsabteilung stören.

Der gesamte Absorptionsprozess hängt hauptsächlich von zwei Faktoren ab:

1) von der Menge der Gase, die aus der Destillationskolonne und dem Bicarbonat-Kalzinierungsofen in den Absorber gelangen;

2) Abhängig von der Menge der in die Destillation gelangenden Sole besteht die Regulierung des Absorptionsprozesses darin, die Zufuhr von Sole in einer solchen Menge zu regulieren, dass die mit Ammoniak gesättigte Flüssigkeit die erforderliche Konzentration aufweist.

Prozessablaufdiagramm für die Absorptionstrennung

Das technologische Schema der Absorptionstrennung muss einen hohen Reinigungsgrad der Abgase von Ammoniak gewährleisten, wofür es notwendig ist, diese Gase mit frischer Sole zu waschen, die eine minimale Menge an Ammoniak enthält.

Die Absorption von Kohlendioxid ist viel langsamer als die von Ammoniak, daher muss die Ausrüstung so ausgelegt sein, dass sie die Absorption einer bestimmten Menge Ammoniak und der maximal möglichen Menge Kohlendioxid gewährleistet.

Frische Sole dient vor allem der Ammoniakabsorption aus Abgasen. Etwa 75–80 % der Sole fließen vom Drucktank 3 zum Filterluftwäscher (PVFL) 4, wo Ammoniak aus der Luft absorbiert wird, die durch das Filtergewebe der Vakuumfilter strömt und etwa 0,5–1 % NH3 enthält. Nach der PVFL gelangt die Sole zum zweiten Kolonnengaswäscher (PGKL-2) 7, wo Ammoniak aus den Abgasen der Karbonisierungsabteilung absorbiert wird, die bis zu 10 % NH3 enthalten. Die restlichen 20–25 % der frisch gereinigten Sole aus Drucktank 3 gelangen in den Absorptionsgaswäscher (AGW) 1, wo aus den Abgasen der Absorptionsabteilung Ammoniak absorbiert wird, das bis zu 5 % NH3 enthält. Dabei wird eine gewisse Menge des in den Abgasen enthaltenen Kohlendioxids absorbiert. Gas aus der PVFL gelangt in die Vakuumpumpe 5, die an den Vakuumfiltern ein Vakuum erzeugt, und wird in die Atmosphäre abgegeben. Gas aus dem PHAB gelangt auch zur Vakuumpumpe 2. Es enthält mindestens 75 % CO2, sodass die Vakuumpumpe es weiterleitet, um es mit Kohlendioxid aus Sodaöfen zu mischen und dann zu karbonisieren. Abgase von PGKL-2 werden in die Atmosphäre abgegeben.

Abb.8. Typisches Prozessablaufdiagramm für die Absorptionstrennung:

1-Absorptionsgaswäscher;

2,5-Vakuumpumpen;

3-Drucktank;

4-Filter-Luftwäscher;

6-Gas-Destillationskühlschrank;

7-Sekunden-Säulengaswäscher; 8-Spray-Abscheider;

9 - Sammlung aminisierter Sole; 1

0, 12-Sprinkler-Kühlschränke;

11-Sockel (Tank); 13-Sekunden-Absorber;

14-erster Absorber

Die Sole wird nach dem Waschen der Abgase von PGKL-2 und PGAB dem Hauptvorgang – der in zwei Stufen durchgeführten Absorption von Ammoniak aus dem Destillationsgas – im ersten Absorber (AB-1) zugeführt. 14 und im zweiten Absorber (AB-2) 13. Zwei Absorptionsstufen entstehen durch die Notwendigkeit einer Zwischenkühlung der Sole, die durch die Auflösung und Wechselwirkung von NH3 und CO2 sowie durch die Kondensation des mit dem Destillationsgas zugeführten Wasserdampfs erhitzt wird. Nach dem ersten Absorber wird die Sole erhitzt auf eine Temperatur von 60-65 °C, wird im Sprühkühlschrank auf 28-32 °C abgekühlt 12, Danach gelangt es in den zweiten Absorber, wo es ebenfalls auf ca. 65 °C erhitzt wird und somit vor dem Eintritt in den Ammoniaksolekollektor (ABR) 9, ein zweites Mal in einem Sprühkühlschrank abgekühlt 10. Um den Schwerkraftfluss der Sole zum Bewässerungskühlschrank zu gewährleisten, befinden sich der zweite Absorber und die darauf stehenden Geräte auf einem Sockel – einem Reservoir 11.

Das Gas aus dem Destillationsabschnitt wird zunächst in einem Destillationsgaskühler (DGC) gekühlt und getrocknet. 6 Kühlwasser und dann durch den Abscheider - Spritzschutz geleitet 8, Der zweite und der erste Absorber strömen im Gegenstrom zur Sole, wo das Ammoniak nahezu vollständig absorbiert wird. Zusammen mit Ammoniak wird der größte Teil des Kohlendioxids aus dem Gas absorbiert. Nicht absorbierte Gase gelangen zum PHAB (1). Beim Abkühlen des Destillationsgases im CGDS kondensiert Wasserdampf und bildet ein Kondensat mit bis zu 150-200 N. d. Ammoniak und Kohlendioxid. Ammoniak aus solchen als „schwach“ bezeichneten Flüssigkeiten wird in einer separaten Anlage regeneriert. Das entstehende Gas, das NH3, CO2 und H2 O enthält und auf 58–60 °C abgekühlt ist, gelangt normalerweise in den ersten Absorber.

Karbonisierung von Ammoniaksole

Der Karbonisierungsprozess (Sättigung der Ammoniaksole mit Kohlendioxid), der zur Bildung von Natriumbicarbonat führt, ist der Hauptprozess der Sodaherstellung. In der Karbonisierungsabteilung wird eine vorgegebene Menge an Natriumhydrogencarbonat-haltiger Suspension gewonnen und in Form eines kontinuierlichen Stoffstroms der Abteilung zugeführt.

Die Qualität der Suspension wird durch die Qualität des darin enthaltenen Produkts bestimmt – Natriumbicarbonat. Sehr oft wird die Qualität von Natriumbicarbonat anhand seiner Fraktionszusammensetzung beurteilt. Die entscheidende Beurteilung der Qualität der Suspension ist der Restfeuchtegehalt an Natriumbicarbonat, der durch Filtration dieser Suspension unter Standardbedingungen erhalten wird. Die Leistungsfähigkeit einer Carbonisierungskolonne kann anhand eines dimensionslosen technischen Optimalitätskriteriums beurteilt werden:

Θ = υс xсVerbindung (4.2-0.lωс)

υс – Verbrauch der Suspension, die die Karbonisierungskolonne verlässt, m3/s;

hssvyaz – Konzentration des gebundenen Ammoniaks im geklärten Teil der Suspension, n.d.;

Je höher die Produktivität von Natriumbicarbonat und je geringer die Restfeuchte im Produkt ist, desto besser arbeitet die Carbonisierungskolonne, d. h. es ist anzustreben, den Absolutwert des Optimalitätskriteriums zu erhöhen.

Als Ergebnis des Karbonisierungsprozesses fällt Natriumbicarbonat aus der durch die Reaktion gebildeten Lösung aus

NaCl + NH3 + CO2 + H2 O ↔ NaHCO3 + NH4 C1.

Diese Reaktion charakterisiert nur das Endergebnis der Wechselwirkung von Natriumchlorid und Ammoniumbicarbonat. In Wirklichkeit ist der Karbonisierungsprozess viel komplexer und sein Mechanismus ist noch nicht vollständig aufgeklärt.

Der Karbonisierungsprozess erfolgt stufenweise. Zunächst wird die ammoniakhaltige Sole in einer Vorkarbonisierungskolonne (KLIK) mit Kalkofengas behandelt, dann in der ersten Kolonnengaswäsche (PGKL-1) mit den aus den Fällungskolonnen austretenden Gasen und schließlich in den Fällungskolonnen (CL). , in dessen unteren Teil Mischgas (65-75 % CO2) und in den mittleren Teil Gas aus Kalköfen eingeleitet wird.

In der ersten Stufe der Karbonisierung wird der größte Teil des Kohlendioxids in Ammoniumcarbamat gebunden

2NH3 + CO3 → NH2 COONH4,

welches dann hydrolysiert wird

NH2 COONH4 + Н2 О ↔ NH4 HCO3 + NH3 ,

unter Bildung von Übersättigung NSOz- Lösung. Anschließend kristallisiert Natriumbicarbonat aus der übersättigten Lösung, die durch die Reaktion entsteht

NH4 HCO3 + NaCl↔NaHCO3 + NH4 Cl.

Der Prozess der Sättigung von Ammoniaksole mit Kohlendioxid ist exotherm. Die im Endstadium des Prozesses freigesetzte Reaktionswärme muss abgeführt werden, um den erforderlichen Karbonisierungsgrad der Lösung und die Nutzung (Nutzung) von Natrium sicherzustellen.

Das Temperaturregime der Karbonisierungskolonne beeinflusst maßgeblich die Bildung von Natriumbicarbonatkristallen. Um große Natriumbicarbonatkristalle mit der richtigen Form zu erhalten, die die Filteroberfläche von Vakuumfiltern nicht verstopfen und während des Filtrationsprozesses schlecht löslich sind, muss in der Formation eine relativ hohe Temperatur (60-72 °C) aufrechterhalten werden Zone und während der Anfangsphase des Kristallwachstums. Während die Kristalle weiter wachsen, hat die Temperatur keinen wesentlichen Einfluss mehr auf ihre Größe.

Der Kristallisationsprozess beginnt mit der Bildung von Keimen in Form sehr kleiner Natriumbicarbonatkristalle, aus denen sich unter normalen technologischen Bedingungen Kristalle in Form kurzer Zylinder – „Fässer“ – bilden. Wenn sich der Kristallisationsprozess verschlechtert, bilden sich Kristalle, die die Form langer Zylinder haben und dazu neigen, Verwachsungen in Form von „Garben“ (Drusen) zu bilden. Dabei wird eine große Menge an Feinanteilen in Form von nadelförmigen Kristallen und formlosen Bruchstücken freigesetzt. Bei der Filtration werden solche Kristalle dichter und halten viel Feuchtigkeit in den gebildeten kleinen Zellen fest, d. h. der Restfeuchtegehalt im Natriumbicarbonat steigt.

Technologisches Schema der Karbonisierungstrennung

Die ammoniakhaltige Sole aus dem Ammoniumsolesammler (ABC) gelangt in die Vorkarbonisierungskolonne (PCC), in die Kalkofengas mit 32-36 % gelangt % (Vol.) CO2 beim Verbrennen von Kreide und 38-40 % (Vol.) CO2 beim Verbrennen von Kalkstein. Von der KLPK-Flüssigkeit wird eine Temperatur von 42–46 °C zum Gaswäscher der ersten Kolonne (PGKL-1) geleitet. Hierher kommt auch Gas aus den KLPK- und Fällsäulen. Im PGKL-1 wird Ammoniak gesammelt und mit Schwelgas aus dem KLPK gespült.

Beim Durchgang der Flüssigkeit durch PGKL-1 steigt deren Temperatur um 5–8°C. Zur zusätzlichen Kühlung der Flüssigkeit nach PGKL-1 ist ein Wärmetauscher vorgesehen , Von dort gelangt die Flüssigkeit in die Fällungskarbonisierungskolonne. Mischgas (erster Eingang) mit 70-80 % Kohlendioxid (Vol.) wird dem unteren Teil der Kolonne zugeführt, und Kalkofengas (zweiter Eingang) wird dem mittleren Teil zugeführt. Gas aus der Fällungskarbonisierungskolonne wird zu PGKL-1 geleitet und die Suspension wird zur Filtrationsabteilung geleitet.

Karbonisierungskolonnen werden in Reihe betrieben, um einen kontinuierlichen Schlammfluss zum Filtrationsbereich sicherzustellen. Die am weitesten verbreiteten Baureihen bestehen aus vier Carbonisierungskolonnen, von denen drei als Fällungskolonnen und eine als Vorkarbonisierungskolonne arbeiten.

Ausrüstung zur Karbonisierungstrennung

Karbonisierungskolonne KL . Es ist der Hauptapparat für die Karbonisierungstrennung. CL ist eine zylindrische Hohlsäule mit einem Durchmesser von bis zu 3 und einer Höhe von bis zu 27 M , bestehend aus mehreren gusseisernen Fässern oder Schubladen. Von oben durch die Armatur 5 und die Kolumne kommt von PGKL-1 der zu karbonisierenden Lösung und von unten durch die Armatur 2 und in der Mitte durch die Armatur 9 - Kohlendioxid. Während des Betriebs wird die Säule bis zu einem bestimmten konstanten Füllstand mit Lösung gefüllt.

Abb.9. Karbonisierungskolonne (Durchmesser 2680 mm):

1-Fass-Basis; 2 Anschlüsse für Gaseinlass; 3 Kühlzylinder; 4 Absorptionszylinder; 5 Anschlüsse für Flüssigkeitseinlass; 6 Trennfässer; 7 Anschlüsse für Gasauslass; 8 Blasensäule; 9 Anschlüsse für Gaseinlass; 10- passend für den Hängeauslass.

Die Umsetzung des Gegenstromprinzips kann durch die Längsmischung von Flüssigkeit und Gas entlang der Kolonnenhöhe erschwert werden. Um diese Vermischung zwischen einzelnen Fässern zu minimieren 4 Säulen installieren Passetten oder Bubbler-Platten 8. Die Platte besteht aus einem Boden 2 und die Kappe, die es bedeckt 1.

Bubbler-Platten verhindern eine Längsvermischung der Flüssigkeit in der Säule, sorgen für eine gleichmäßige Verteilung des Gases über den Querschnitt der Säule und tragen dazu bei, die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit zu vergrößern.

Am Kopf der Kolonne sind zwei leere Trennfässer installiert 6 , zum Abscheiden von Flüssigkeitsspritzern, die vom Gas mitgerissen werden, und mit Wassermessgläsern zur Überwachung des Flüssigkeitsstands in der Kolonne. Die Oberseite der Säule wird mit einem Deckel verschlossen, auf dem sich eine Armatur befindet 7 für Gasaustritt und zum Einbau eines Sicherheitsventils.

Am Boden der Schwelkolonne befindet sich ein Basisrohr 1 mit kugelförmigem Boden und Anschlüssen 10 und 2, durch das eine Suspension von Natriumbicarbonat entnommen und über einen Kompressor (1. Eingang) Mischgas zugeführt wird.

Fässer und Sprudelböden der Kolonne bestehen aus Gusseisen. Dünnwandige Rohre in Kühlfässern mit einer Dicke von 6 mm bestehen aus Kohlenstoffstahl oder Spezialgusseisen mit 0,5 % Ni, 0,4 % Mn, 3,3 % C und 0,4 % Cr.

Filtration von Natriumbicarbonat-Suspension

In der Filtrationsabteilung wird der Prozess der Trennung der die Karbonisierungskolonnen verlassenden Bikarbonatsuspension in feste und flüssige Phasen durchgeführt. Die feste Phase – Natriumbicarbonat – muss nicht nur von der Mutterlauge getrennt, sondern auch gründlich gewaschen werden. Beim Waschen wird die zwischen den Bicarbonatkristallen zurückgehaltene Mutterlauge durch Wasser verdrängt, wodurch der Gehalt an Chloriden und Ammoniumkohlenstoffsalzen im gefilterten Sediment verringert wird. Um die Luftfeuchtigkeit zu reduzieren, wird das gefilterte Bikarbonat zusätzlich auf dem Filter ausgepresst.

Suspensionen werden mithilfe poröser Trennwände, die aus Wolle, Baumwolle und Glasgewebe, einer Schicht aus Sand, Kies oder Koks, poröser Keramik usw. bestehen, in feste und flüssige Phasen getrennt. Die Filtertrennwand ist nicht nur die Trennwand selbst, sondern auch die Schicht aus darauf befindliches Sediment. Mit zunehmender Sedimentschicht erhöht sich daher der Widerstand gegen den Flüssigkeitsdurchgang proportional zur Zunahme der Schichtdicke, oder anders ausgedrückt, proportional zum Volumen der gefilterten Suspension.

In der Sodaindustrie ist die Vakuumfiltration die gebräuchlichste Methode. In diesem Fall entspricht der Druck über der Filtertrennwand dem Atmosphärendruck. Unter Beibehaltung eines konstanten Drucks oberhalb und unterhalb der Filtertrennwand nimmt die Filtrationsgeschwindigkeit, d. h. das pro Zeiteinheit durch die Filteroberfläche fließende Flüssigkeitsvolumen, kontinuierlich ab, da während des Filtrationsprozesses die Dicke des Sediments auf der Filtertrennwand immer größer wird Mit der Zeit erhöht sich daher sein Widerstand.

Die bei der Filtration gewonnenen Sedimente werden nach ihren Eigenschaften in komprimierbare Sedimente unterteilt, bei denen sich die lockere Struktur der Partikel unter Druckeinfluss verformt, wobei sich die Porengröße und das Volumen des Sediments verringern, und inkompressible Sedimente, bei denen die Porengröße dazwischen liegt Partikel verändern sich das Volumen und die Porosität des Sediments während des Filtrationsprozesses praktisch nicht. Die erste Gruppe von Sedimenten umfasst amorphe und kolloidale, die zweite Gruppe umfasst Sedimente mit kristalliner Struktur. Zur zweiten Gruppe gehören Niederschläge von Natriumbicarbonat.

In Sodafabriken werden zur Abtrennung der Natriumbicarbonat-Suspension rotierende Trommel-Vakuumfilter eingesetzt, die unter Vakuum arbeiten. Der normale Betrieb von Vakuumfiltern hängt weitgehend von der Größe der in die Filtration eintretenden Natriumbicarbonatkristalle ab.

Technologisches Diagramm der Filtrationsabteilung

Eine Suspension von Natriumbicarbonat aus den Messbechern der Karbonisierungssäulen gelangt in den Verteiler 2, der sie auf separate Filter verteilt. Vom Sammler 2 wird die Suspension durch Schwerkraft in die Wanne 9 des Vakuumfilters gefördert, die über ein Rührwerk 1 verfügt. Die Filtertrommel 7 ist etwa zu 1/3 in die in Wanne 9 befindliche NaHCO3-Suspension eingetaucht Wichtig ist, dass die Eintauchhöhe der Filtertrommel in die Suspension unverändert bleibt. Überschüssige Suspension aus Trog 9 fließt kontinuierlich über einen Überlauf in den Auffangbehälter 16 mit Rührwerk. Vom Sammelbehälter 16 führt Pumpe 15 die Suspension zum Sammelbehälter 2 zurück. Der Schwingmischer 1 verhindert, dass sich NaHCO3-Partikel am Boden der Wanne 9 absetzen. Flüssigkeit, Waschwasser und Luft gelangen unter Vakuumeinfluss durch das Filtergewebe in die Trommel.

Abb. 10. Typisches technologisches Schema der Filtrationsabteilung:

1-Mischer; - Verteiler; 3-Tröge zur Verteilung des Waschwassers; 4-Drucktank für Waschwasser; 5-Druckluftleitung; 6-Quetschwalze; 7-Filtertrommel; 8-Schneidmesser; 9-Vakuumfilterwanne; 10-Rohbikarbonat-Förderer; 11 – Abscheider; 12 – barometrisches Rohr; 13 – Filterflüssigkeitssammler; 14, 15 – Pumpen; 16 – Sammler mit Rührer für die Suspension.

Luft, gefilterte Flüssigkeit und Waschwasser aus dem Inneren der Trommel 7 gelangen zum Abscheider 11, wo die Luft von der flüssigen Phase getrennt wird und zum PVFL gelangt.

Filtrat vom Abscheider 11 durch ein barometrisches Rohr 12 geht zum Filterflüssigkeitssammler 13, von wo die Pumpe 14 zur Destillation abgepumpt.

Wenn sich die Trommel dreht, fällt die an der Filteroberfläche haftende Natriumbicarbonatschicht unter die Quetschwalze 6 um Risse zu beseitigen, die sich auf der Oberfläche des Sediments bilden, durch die Luft und Waschwasser in die Trommel gelangen können. Nach der Quetschwalze wird das Sediment mit einer schwachen Flüssigkeit oder Wasser aus einem Drucktank gewaschen 4 zum Spülen von Wasser in die Wanne 3, Verteilen des Wassers in einem gleichmäßigen Strahl über die gesamte Breite der Trommel. Die Menge des zum Waschen zugeführten Wassers wird über einen Hahn zwischen dem Druckbehälter reguliert 4 und ein Trog 3. Das Waschwasser vermischt sich mit der Filterflüssigkeit in der Trommel und gelangt mit dieser zum Abscheider 11.

Durch die zweite Quetschwalze in Trommeldrehrichtung wird das gewaschene Natriumbicarbonat nochmals verdichtet. 6, Durch Luft, die durch die Sedimentschicht angesaugt und über eine Rohrleitung zugeführt wird, wird getrocknet 5, und mit einem Messer aus dem Filtergewebe schneiden 8 auf das Förderband 10, die rohes Natriumbikarbonat in den Soda-Ofen einspeist.

Kalzinierung von Natriumbicarbonat

Die Kalzinierung – die thermische Zersetzung von Natriumbicarbonat – ist der letzte Schritt bei der Herstellung von Soda. Der Hauptzweck der Kalzinierungsabteilung besteht darin, eine bestimmte Menge Soda in Form eines kontinuierlichen Materialstroms zu gewinnen.

Technisches Natriumbicarbonat sollte weiß sein. Das Erscheinen von Farbe weist auf Korrosion der Stahlapparate in den Absorptions- und Karbonisierungsabschnitten hin. Das Sediment wird durch Eisenoxid gefärbt, das durch Korrosion in das Sediment gelangt.

Der Verkalkungsprozess kann durch die Gleichung dargestellt werden:

2 NaHCO3 (fest) = Na2 CO3 (fest) + CO2 (Gas) + H2 O (Dampf).

Zusätzlich zu dieser Hauptreaktion können beim Erhitzen von technischem Bicarbonat weitere Reaktionen auftreten:

(NH4)2 CO3 ↔2NH3 (Gas)+CO2 (Gas)+H2 O (Dampf),

NH4 HCO3 ↔2NH3 (Gas)+CO2 (Gas)+H2 O (Dampf).

Ammoniumchlorid reagiert beim Erhitzen mit Natriumbicarbonat entsprechend der Reaktion

NH4 Cl(solv.)+ NaHCO3 (solv)↔NaCl(solv)+ NH3 (gas)+СО2 (gas)+Н2 О.

Natriumcarbamat wandelt sich in Gegenwart von Wasser beim Erhitzen je nach Reaktion in Soda um

2NaCO2 NH2 + Н2 О↔ Na2 CO3 (fest)+СО2 (gasförmig)+2NH3 (gasförmig).

Durch die Kalzinierung verbleiben also Na2 CO3 und NaCl in der festen Phase und NH3, CO2 und H2 O gehen in die Gasphase über.

Das Vorhandensein von Feuchtigkeit im Bikarbonat erschwert die Konstruktion der Vorrichtung, da nasses Natriumbikarbonat nicht frei fließend ist, verklumpt und an den Wänden der Vorrichtung klebt. Letzteres erklärt sich dadurch, dass Feuchtigkeit, bei der es sich um eine gesättigte Lösung von NaHCO3 handelt, bei Kontakt mit einer heißen Oberfläche intensiv verdunstet. Die freigesetzte feste Phase bildet beim Kristallisieren eine Kruste, die fest an der Oberfläche haftet.

Eine feste Sodaschicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigt die Wärmeübertragung und führt bei von außen durch Rauchgase beheizten Sodaöfen zu Überhitzung und Durchbrennen der Ofenwand. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird feuchtes Natriumbikarbonat mit heißer Soda (Retur) gemischt. In diesem Fall entsteht eine neue feste Phase – Trona (NaHCO3 Na2 CO3 2 H2 O). Freie Feuchtigkeit wird in Kristallisationsfeuchtigkeit gebunden und das Produkt wird rieselfähig.

Bei der Kalzinierung von Natriumbicarbonat und Trona werden CO2, NH3 und Wasserdampf in die Gasphase freigesetzt. Ammoniak und Kohlendioxid müssen in die Produktion zurückgeführt werden. Kohlendioxid wird beim Karbonisierungsprozess von Ammoniaksole verwendet, wofür ein Gas mit einem hohen CO2-Gehalt nützlich ist.

Der Kristallisationsprozess kann in drei Zeitabschnitte unterteilt werden. Die erste Periode ist durch einen schnellen Temperaturanstieg gekennzeichnet. Es wird eine Zersetzung von Bikarbonat beobachtet, und die gesamte Wärme wird zum Erhitzen des Materials, zur Entfernung von Kristallwasser aus dem Thron und zur Zersetzung von Ammoniumkarbonatsalzen aufgewendet. Die zweite Periode ist durch eine konstante Temperatur des Materials (t~125°C) gekennzeichnet. Die zugeführte Wärme wird für die thermische Zersetzung von NaHCO3 aufgewendet. In der dritten Periode beginnt die Temperatur der Reaktionsmasse stark anzusteigen. Dies zeigt an, dass der Bikarbonat-Zersetzungsprozess beendet ist und die zugeführte Wärme zum Erhitzen des entstandenen Soda verwendet wird. Um den Zersetzungsprozess von NaHCO3 zu beschleunigen, wird in der Praxis die Sodatemperatur am Ofenauslass zwischen 140 und 160 °C gehalten.

Technologisches Diagramm des Kalzinierungsprozesses

Reis. 11. Schema der Kalzinierungstrennung:

1- Dampfkondensator; 2-Futtermischer; 3.15 – Zellzubringer; 4.10 – Bandförderer; 5 – Vibrationsförderer; 6 – Trichterschacht; 7-Pflug-Dumper; 8,9,14,16-Transporter; 11-Zyklon; 12-Kalzinierungsgaskollektor; 13-Abscheider; 17-Kondensatsammler; 18-Kreiselpumpen; 19-Sammler für schwache Flüssigkeit; 20-Kalzinierungsgaskühler; 21-Reduktionskühleinheit (ROU); 22 – Kalzinierungsgaswäscher; 23 – Waschflüssigkeitssammler.

Nasses Natriumbicarbonat wird in Filtern von einem gemeinsamen Förderband gewaschen 10 Pflugauswerfer 7 in den Trichter eingespeist 6 Vibrationsaufgeber 5, Von dort aus der Vibrationsförderer und das Förderband 4 über Zellzuführung 3 in den Mischer eingespeist 2. Der Mischer erhält Rücklaufsoda und im Zyklon 11 von den Kalzinierungsgasen abgetrenntes Soda.

Das im Mischer vorbereitete Trona wird in den Rohrzwischenraum der Kalzinierungstrommel 1 geleitet. Durch die Wärmebehandlung entstehen im Trona Soda und Kalzinierungsgase. Soda über Cell Feeder 15 wird aus dem Kalzinator entfernt und gelangt in das Transportsystem 8, 9, 16. Von einem Schrägförderer 8 Durch die Zuführung gelangt Soda in den Mischer. Der Rest der Limonade wird über Förderbänder geliefert 9, 14 an das Lager geliefert.

Kalzinierungsgase werden über einen Mischer aus dem Kalzinator entfernt 2, bei dem mithilfe eines Kompressors ein Vakuum erzeugt wird. Auf dem Weg zum Kompressor werden die Gase in den Zyklonen 11 einer Trockenreinigung und im Kalzinierungsgassammler der Werkstatt einer Nassreinigung unterzogen 12 und Waschmaschine 22. Vor dem Wäscher werden die Kalzinierungsgase in einem Kühlschrank gekühlt 20.

Zur Bewässerung wird dem Kalziniergassammler eine sogenannte Schwachflüssigkeit zugeführt, die durch Kondensation von Wasserdampf im Kalziniergaskühler entsteht. Diese Flüssigkeit absorbiert bei Kontakt mit dem Gas teilweise Ammoniak und Sodastaub und fließt dann in die Sammlung 19.

In einem Kühlschrank 20 Gas strömt von oben nach unten durch den Zwischenraum zwischen den Rohren, und Kühlwasser bewegt sich im Gegenstrom durch die Rohre. Um eine Kristallisation der Kühlröhren zu verhindern und das Gas besser von Sodastaub zu befreien, wird der Zwischenraum zwischen den Röhren mit einer schwachen Flüssigkeit gespült. Im Wäscher wird das Gas mit Wasser gespült, dabei zusätzlich abgekühlt und vollständig von Soda und Ammoniak befreit.

Zur Beheizung des Kalzinators wird Hochdruckwasserdampf zugeführt. Bevor es dem Kalzinator zugeführt wird, durchläuft es eine Reduktionskühleinheit (RCU), wo seine Temperatur auf 270 °C und der Druck auf 3 MPa reduziert wird. In den Kalzinatorrohren kondensiert Dampf und gibt Wärme an das kalzinierte Material ab. Das Kondensat aus dem Kalzinator wird in einen Kondensatsammler abgeleitet 17 und dann zu Expandern, wo es in Niederdruckdampf umgewandelt wird.

Das technologische Schema zur Abtrennung von Soda bei der Verwendung von Sodaöfen mit Rückführung ähnelt dem betrachteten. Bei Öfen mit Rücklaufverhinderung wird das feuchte Natriumbikarbonat über eine spezielle Wurfvorrichtung in die Ofentrommel eingespeist. Das Mischen mit Soda erfolgt im Ofen, sodass ein Mixer aus dem technologischen System ausgeschlossen ist und der Transport von Soda vereinfacht wird.

Das Temperaturregime in Öfen wird sowohl von den Prozessbedingungen als auch von der Dauer der Wärmebehandlung des Materials in diesen Geräten bestimmt. Bei einem Trommelfüllfaktor von 0,3 beträgt die Verweilzeit des Materials im Soda-Retortenofen etwa eine Stunde, im Dampfkalzinator 20-25 Minuten. Der Anstieg der Kalzinierungstemperatur in nachfülllosen Öfen ist offensichtlich auf die Klumpenbildung beim Mischen von feuchtem Natriumbicarbonat mit Soda zurückzuführen. Unter diesen Bedingungen ist eine Temperaturerhöhung erforderlich, um den Kalzinierungsprozess in der gesamten Masse der großen Granulatkörner abzuschließen.

Aufbereitung von Sekundärstoffressourcen zur Sodaherstellung mittels Ammoniakverfahren

Aus dem technologischen Kreislauf zur Herstellung von Soda wird nach dem Ammoniakverfahren eine Destilliersuspension entnommen, die in geklärten flüssigen und festen Schlamm unterteilt werden kann; fester Schlamm nach der Solebehandlungsstufe; gasförmige Stoffe.

Enthalten Gasemissionen Stoffe innerhalb der maximal zulässigen Grenzwerte, werden sie in die Atmosphäre freigesetzt. Allerdings müssen geklärte Brennerflüssigkeit und fester Schlamm zu Produkten verarbeitet werden, die für die menschliche Wirtschaftstätigkeit nützlich sind. In diesem Zusammenhang sollten geklärte Destillationsflüssigkeit und Klärschlamm nicht als Abfall aus der Sodaproduktion, sondern als sekundäre Materialressourcen (BMP) betrachtet werden.

In der Literatur werden häufig die Begriffe „abfallfreie“ und „abfallarme“ Technologie zur Gewinnung eines bestimmten Produkts verwendet.

Bei der Schaffung abfallarmer bzw. umweltfreundlicher Technologien streben sie danach, den Bedarf an einem bestimmten Produkt unter größtmöglicher Nutzung natürlicher Ressourcen (Material und Energie) zu decken, d. h. sie sorgen für die Organisation der Verarbeitung sekundärer Materialressourcen und der Beseitigung schädlicher Emissionen in die Atmosphäre und Gewässer sowie maximale Reduzierung von Wärmeverlusten in die Umwelt.

Bisher wurden die folgenden Hauptrichtungen zur Schaffung ökologisch nachhaltiger technologischer Prozesse identifiziert:

1) Entwicklung technologischer Systeme und Wasserkreislaufkreisläufe mit der Entfernung flüssiger Abfälle und der Freisetzung schädlicher Gase innerhalb der zulässigen Grenzen für eine bestimmte Region;

2) Verarbeitung sekundärer Materialressourcen (BMP) zu nützlichen Produkten;

3) Reduzierung der Wärmeverluste an die Umwelt durch die Nutzung sekundärer Energieressourcen (RES);

4) Schaffung territorial-industrieller Komplexe mit einer geschlossenen Struktur der Stoffströme von Rohstoffen und Abfällen

Der abfallarme Soda-Produktionskomplex verfügt über zwei Wasserzirkulationssysteme, die etwa 18,0 m3 Frischwasser für die Produktion von 1 Tonne Soda, etwa 2 m3 Wasser für die Filterstufe des Schlamms aus der Destilliersuspension und darüber hinaus verbrauchen. Etwa 18 m3 werden für andere technologische Zwecke aufgewendet (insgesamt 38 m3 pro 1 Tonne Soda).

Der Frischwasserverbrauch kann wie folgt reduziert werden:

a) die Verwendung von Destillationsschlamm mit einer Chloridionenkonzentration von 8 % (d. h. ohne Waschen in der Filtrationsstufe), um nützliche Produkte zu erhalten. In diesem Fall wird für die Kalklöschung niedrigmineralisiertes Abwasser anstelle von Waschwasser aus der Schlammfiltration verwendet (der Wasserverbrauch wird um 2,0 m3/t Soda reduziert):

b) die Beseitigung von Abflüssen, die aus dem Wasserkreislaufsystem für die Produktion von Soda im Solefeld entfernt werden, um das Salz aufzulösen, und die Entfernung von Abflüssen von Kalziumchlorid aus dem Wasserkreislaufsystem für eine spezielle Behandlung. In diesem Fall reduziert sich der Wasserverbrauch um ca. 9,0 m3/t Soda;

c) Reinigung von Schwebstoffen, Kohlenoxid und Kohlendioxid aus schwach mineralisiertem Abwasser nach der Kalkanlage; der Abfluss kann dann zur Wiederverwendung geschickt werden; in diesem Fall reduziert sich der Wasserverbrauch um ca. 8,5 m3/t Soda;

d) Verwendung von relativ reinem Kondensat im Calciumchlorid-Wasserkreislaufsystem mit einer Wassereinsparung von etwa 6 m3/t Soda.

Nach Abschluss der derzeit durchgeführten Forschungsarbeiten ist mit einer Reduzierung des Frischwasserverbrauchs auf ca. 10 me pro 1 Tonne Soda zu rechnen und damit die Voraussetzung für die Umsetzung einer abflusslosen Produktion zu schaffen. Letzteres beinhaltet die Nutzung von Oberflächenabwasser (Regen- und Schmelzwasser) zur Wiederaufladung des Kreislaufwasserversorgungssystems, dessen Menge vom Standort des Unternehmens, den klimatischen Bedingungen und der bewohnten Fläche abhängt; Im Durchschnitt beträgt diese Menge 0,3–0,6 m3/t Soda.

Herstellung von Calciumchlorid

Bei der Schaffung eines abfallarmen Soda-Produktionskomplexes ist die Einführung einer hocheffizienten Technologie zur Verarbeitung geklärter Destillierflüssigkeit vorgesehen, die entweder zu Calciumchlorid verarbeitet oder nach entsprechender Aufbereitung in Ölquellen injiziert werden kann.

Destillationsflüssigkeit ist eine wässrige Lösung von Mineralsalzen, deren Hauptbestandteile Calciumchlorid (10–14 %) und Natriumchlorid (5–7 %) sind. Das im Folgenden beschriebene Verfahren zur Herstellung von Calciumchlorid bei gleichzeitiger Isolierung von Natriumchlorid basiert auf der Aufkonzentrierung einer wässrigen Lösung dieser Salze.

Die Verwendung des entstehenden Calciumchlorids in der Volkswirtschaft basiert auf seiner hohen Hygroskopizität, d. h. der Fähigkeit, erhebliche Mengen an Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen und sich leicht in Wasser aufzulösen; niedrigerer Gefrierpunkt im Vergleich zu Wasser und höherer Siedepunkt konzentrierter Lösungen.

Hauptverbraucher von Calciumchlorid sind die chemische Industrie (Herstellung von Synthesekautschuk, Flotationsverfahren etc.), die Kältetechnik, das Bauwesen (erhöht die Abbindegeschwindigkeit von Beton), die Nichteisenmetallurgie (Herstellung kalziumhaltiger Babbitt-Legierungen), Erzverarbeitung zur Verhinderung des Einfrierens, Textilindustrie und andere Industriezweige der Volkswirtschaft.

Der Hauptverbraucher des Nebenprodukts Natriumchlorid ist die Landwirtschaft (Zubereitung von Tierfutter und Futtermischungen); manchmal wird NaCl zur Herstellung von Soda in den Kopf des Prozesses zurückgeführt.

Einspritzen von Destillierflüssigkeit in Ölquellen

Die zweite Möglichkeit, Destillierflüssigkeit zu recyceln, besteht darin, sie nach einer speziellen Vorbereitung für die Injektion in Ölquellen zu verwenden. Befindet sich die Sodaproduktion in einem Ölfördergebiet, bietet diese Option folgende Vorteile:

der Bedarf von Ölfeldern an Süßwasser entfällt;

Die Ölrückgewinnung erhöht sich durch die Verwendung von Flüssigkeiten mit höherer Dichte.

Bei der Herstellung von Calciumchlorid muss keine große Wärmemenge aufgewendet werden, um das Wasser zu verdampfen, wenn die in der Destillierflüssigkeit enthaltenen Salze freigesetzt werden.

die Möglichkeit, Lagertanks für die Flüssigkeitszubereitung – „Weiße Meere“ – zu nutzen, die sich traditionell in der Nähe jeder Anlage befinden, die Soda nach der Ammoniakmethode herstellt.

Das Verfahren zur Herstellung der zur Injektion verwendeten Destillierflüssigkeit umfasst die folgenden Schritte:

Sedimentation der Brennersuspension im Lagertank „Weißes Meer“;

Verdünnen der geklärten Destillationsflüssigkeit mit Wasser, um eine Übersättigung des Gipses zu beseitigen;

Karbonisierung verdünnter Destillationsflüssigkeit mit Gas aus Kalköfen in Gegenwart von Rücklaufschlamm;

Absetzen und Transportieren der procarbonathaltigen Destillationsflüssigkeit.
Gasreinigung von schädlichen Emissionen in die Atmosphäre

Oben wurden bei der Beschreibung des technologischen Schemas zur Herstellung von Kalk Systeme beschrieben, die es ermöglichen, die Staubemissionen auf die maximal zulässigen Standards zu reduzieren. Ein ernstes Problem war jedoch bisher die Reduzierung (Beseitigung) der Emission giftiger Gase in die Atmosphäre: Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid, die in einer Menge von 27 kg CO und 5,6 kg SO2 pro 1 Tonne Soda entstehen. Zu diesem Zweck wurde eine Vorrichtung vom regenerativen Typ zur Nachverbrennung giftiger Gase entwickelt, die aus zwei Reaktionskammern besteht, die über eine Brennkammer miteinander kommunizieren. In der Brennkammer kommt es zu einer starken Turbulenz des Prozessgasstroms, der giftige brennbare Bestandteile und eine geringe Menge (1-2 %) Sauerstoff enthält. Die intensive Turbulenz sorgt für eine vorläufige Nachverbrennung von Verunreinigungen (insbesondere Harzverbindungen) auf einer entwickelten beheizten Oberfläche, bevor das Gasgemisch dem Katalysator zugeführt wird. Als Katalysator wird Bauxit verwendet, auf dessen Oberfläche bei einer Temperatur von 750-800°C eine flammenlose Verbrennung von Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff und anderen giftigen brennbaren Verunreinigungen stattfindet. Der Prozess wird in einem instationären Modus mit periodischen Änderungen in der Richtung der Zufuhr von neutralisiertem Gas bei niedriger Temperatur zu den Reaktionskammern durchgeführt. Der beste Modus ist ein Modus, bei dem kein Erdgas verbraucht wird und die erforderlichen Temperaturen in den Zonen aufgrund der bei der Nachverbrennung von Gasen freigesetzten Wärme aufrechterhalten werden.

Das Gerät wurde bei der Neutralisierung von Kohlenmonoxid in den Abgasen von Kalköfen getestet. Wenn das Prozessgas 1,5–2,3 % CO enthält, arbeitet das Gerät im autothermen Modus. Abgase stellen sekundäre Energieressourcen dar.

Schema zur Herstellung von Soda nach der Ammoniakmethode

1-Drucktank; 2-Absorber; 3-Karbonisierungs-(Fällungs-)Säule; 4-Kühlschrank; 5-Filter; 6-Säulen-Destillation (Destillierapparat); 7-Soda-Ofen (Trockner); 8-Kompressor; 9-Gaswäscher für Kalköfen; 10-Kalkofen; 11-Gerät zum Löschen von Kalk.

Referenzliste

1. Zaitsev I.D., Gatkach G.A., Stoev N.D. „Sodaproduktion.“ – M.: „Chemie“, 1986.

2. Sass - Tisovsky B.A. „Herstellung von Soda.“ – L.: „Lenkhimsektor“, 1932.

3. Shokin I. N., Krashennikov S. A. „Technologie von Soda und gereinigtem Natriumbicarbonat.“ – M.: „Higher School“, 1969.

4. „Allgemeine chemische Technologie und Grundlagen der Industrieökologie.“ Ed. Ksenzenko. – M.: „KolosS“, 2003.

Luft, gefilterte Flüssigkeit und Waschwasser aus dem Inneren der Trommel 7 gelangen zum Abscheider 11, wo die Luft von der flüssigen Phase getrennt wird und zum PVFL gelangt.

Das Filtrat aus dem Abscheider 11 gelangt über das barometrische Rohr 12 zum Filterflüssigkeitssammler 13, von wo es von der Pumpe 14 zur Destillation abgepumpt wird.

Wenn sich die Trommel dreht, fällt die an der Filteroberfläche haftende Natriumbicarbonatschicht unter die Quetschwalze 6, um die auf der Oberfläche des Sediments entstehenden Risse zu beseitigen, durch die Luft und Waschwasser in die Trommel gelangen können. Nach der Quetschwalze wird das Sediment mit einer schwachen Flüssigkeit oder Wasser aus dem Drucktank 4 zum Spülen in die Wanne 3 gewaschen, die das Wasser in einem gleichmäßigen Strahl über die Breite der Trommel verteilt. Die Menge des zum Waschen zugeführten Wassers wird über einen Hahn reguliert, der zwischen Druckbehälter 4 und Wanne 3 installiert ist. Das Waschwasser vermischt sich mit der Filterflüssigkeit in der Trommel und gelangt mit dieser zum Abscheider 11.

Das gewaschene Natriumbicarbonat wird durch die zweite Quetschwalze 6 in Drehrichtung der Trommel erneut verdichtet, durch durch die Sedimentschicht gesaugte und über Rohrleitung 5 zugeführte Luft getrocknet und durch Messer 8 vom Filtergewebe zum Förderband 10 geschnitten, das versorgt den Sodaofen mit rohem Natriumbikarbonat.

Kalzinierung von Natriumbicarbonat

Die Kalzinierung – die thermische Zersetzung von Natriumbicarbonat – ist der letzte Schritt bei der Herstellung von Soda. Der Hauptzweck der Kalzinierungsabteilung besteht darin, eine bestimmte Menge Soda in Form eines kontinuierlichen Materialstroms zu gewinnen.

Technisches Natriumbicarbonat sollte weiß sein. Das Erscheinen von Farbe weist auf Korrosion der Stahlapparate in den Absorptions- und Karbonisierungsabschnitten hin. Das Sediment wird durch Eisenoxid gefärbt, das durch Korrosion in das Sediment gelangt.

Der Verkalkungsprozess kann durch die Gleichung dargestellt werden:

2 NaHCO3 (fest) = Na2CO3 (fest) + CO2 (Gas) + H2O (Dampf).

Zusätzlich zu dieser Hauptreaktion können beim Erhitzen von technischem Bicarbonat weitere Reaktionen auftreten:

(NH4)2CO3↔2NH3(Gas)+СО2(Gas)+Н2О(Dampf),

NH4 HCO3↔2NH3(Gas)+СО2(Gas)+Н2О(Dampf).

Ammoniumchlorid reagiert beim Erhitzen mit Natriumbicarbonat entsprechend der Reaktion

NH4Cl(solv.)+ NaHCO3 (solv.)↔NaCl(solv.)+ NH3(gas)+СО2(gas)+Н2О.

Natriumcarbamat wandelt sich in Gegenwart von Wasser beim Erhitzen je nach Reaktion in Soda um

2NaCO2NH2+ Н2О↔ Na2CO3(fest)+СО2(gas)+2NH3(gas).

Durch die Kalzinierung bleiben Na2CO3 und NaCl in der festen Phase und NH3, CO2 und H2O gehen in die Gasphase über.

Das Vorhandensein von Feuchtigkeit im Bikarbonat erschwert die Konstruktion der Vorrichtung, da nasses Natriumbikarbonat nicht frei fließend ist, verklumpt und an den Wänden der Vorrichtung klebt. Letzteres erklärt sich dadurch, dass Feuchtigkeit, bei der es sich um eine gesättigte Lösung von NaHCO3 handelt, bei Kontakt mit einer heißen Oberfläche intensiv verdunstet. Die freigesetzte feste Phase bildet beim Kristallisieren eine Kruste, die fest an der Oberfläche haftet.

Eine feste Sodaschicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigt die Wärmeübertragung und führt bei von außen durch Rauchgase beheizten Sodaöfen zu Überhitzung und Durchbrennen der Ofenwand. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird feuchtes Natriumbikarbonat mit heißer Soda (Retur) gemischt. In diesem Fall entsteht eine neue feste Phase – Trona (NaHCO3 Na2CO3 2 H2O). Freie Feuchtigkeit wird in Kristallisationsfeuchtigkeit gebunden und das Produkt wird rieselfähig.

Bei der Kalzinierung von Natriumbicarbonat und Trona werden CO2, NH3 und Wasserdampf in die Gasphase freigesetzt. Ammoniak und Kohlendioxid müssen in die Produktion zurückgeführt werden. Kohlendioxid wird beim Karbonisierungsprozess von Ammoniaksole verwendet, wofür ein Gas mit einem hohen CO2-Gehalt nützlich ist.

Der Kristallisationsprozess kann in drei Zeitabschnitte unterteilt werden. Die erste Periode ist durch einen schnellen Temperaturanstieg gekennzeichnet. Es wird eine Zersetzung von Bikarbonat beobachtet, und die gesamte Wärme wird zum Erhitzen des Materials, zur Entfernung von Kristallwasser aus dem Thron und zur Zersetzung von Ammoniumkarbonatsalzen aufgewendet. Die zweite Periode ist durch eine konstante Temperatur des Materials (t~125°C) gekennzeichnet. Die zugeführte Wärme wird für die thermische Zersetzung von NaHCO3 aufgewendet. In der dritten Periode beginnt die Temperatur der Reaktionsmasse stark anzusteigen. Dies zeigt an, dass der Bikarbonat-Zersetzungsprozess beendet ist und die zugeführte Wärme zum Erhitzen des entstandenen Soda verwendet wird. Um den Zersetzungsprozess von NaHCO3 zu beschleunigen, wird in der Praxis die Sodatemperatur am Ofenauslass zwischen 140 und 160 °C gehalten.

Technologisches Diagramm des Kalzinierungsprozesses

Reis. 11. Schema der Kalzinierungstrennung:

1- Dampfkondensator; 2-Futtermischer; 3.15 – Zellzubringer; 4.10 – Bandförderer; 5 – Vibrationsförderer; 6 – Trichterschacht; 7-Pflug-Dumper; 8,9,14,16-Transporter; 11-Zyklon; 12-Kalzinierungsgaskollektor; 13-Abscheider; 17-Kondensatsammler; 18-Kreiselpumpen; 19-Sammler für schwache Flüssigkeit; 20-Kalzinierungsgaskühler; 21-Reduktionskühleinheit (ROU); 22 – Kalzinierungsgaswäscher; 23 – Waschflüssigkeitssammler.

Nasses Natriumbicarbonat, das in Filtern von einem gemeinsamen Förderband 10 mit einem Pflugkipper 7 gewaschen wird, wird in den Trichter 6 eines Vibrationsförderers 5 eingespeist, von wo aus der Vibrationsförderer und der Förderband 4 über einen Zellförderer 3 in den Mischer 2 eingespeist werden. Der Mischer erhält Rücklaufsoda und im Zyklon 11 von den Kalzinierungsgasen abgetrenntes Soda.

Das im Mischer vorbereitete Trona wird in den Rohrzwischenraum der Kalzinierungstrommel 1 geleitet. Durch die Wärmebehandlung entstehen im Trona Soda und Kalzinierungsgase. Soda wird aus dem Kalzinator durch eine Zellenzuführung 15 entfernt und gelangt in das Fördersystem 8, 9, 16. Soda wird vom Schrägförderer 8 durch die Zuführung in den Mischer gefördert. Der Rest der Limonade wird über die Förderbänder 9 und 14 zum Lager transportiert.

Die Kalzinierungsgase werden über Mischer 2 aus dem Kalzinator entfernt, in dem mithilfe eines Kompressors ein Vakuum erzeugt wird. Auf dem Weg zum Kompressor werden die Gase einer Trockenreinigung in Zyklonen 11 und einer Nassreinigung im Kalzinierungsgasverteiler 12 und Wäscher 22 der Werkstatt unterzogen. Vor dem Wäscher werden die Kalzinierungsgase im Kühlschrank 20 gekühlt.

Zur Bewässerung wird dem Kalziniergassammler eine sogenannte Schwachflüssigkeit zugeführt, die durch Kondensation von Wasserdampf im Kalziniergaskühler entsteht. Diese Flüssigkeit absorbiert im Kontakt mit dem Gas teilweise Ammoniak und Sodastaub und fließt dann in den Sammelbehälter 19.

Im Kühlschrank 20 strömt Gas von oben nach unten durch den Rohrzwischenraum, und Kühlwasser bewegt sich im Gegenstrom in den Rohren. Um eine Kristallisation der Kühlröhren zu verhindern und das Gas besser von Sodastaub zu befreien, wird der Zwischenraum zwischen den Röhren mit einer schwachen Flüssigkeit gespült. Im Wäscher wird das Gas mit Wasser gespült, dabei zusätzlich abgekühlt und vollständig von Soda und Ammoniak befreit.

Zur Beheizung des Kalzinators wird Hochdruckwasserdampf zugeführt. Bevor es dem Kalzinator zugeführt wird, durchläuft es eine Reduktionskühleinheit (RCU), wo seine Temperatur auf 270 °C und der Druck auf 3 MPa reduziert wird. In den Kalzinatorrohren kondensiert Dampf und gibt Wärme an das kalzinierte Material ab. Das Kondensat aus dem Kalzinator wird in den Kondensatsammler 17 und dann in die Expander abgeleitet, wo es in Niederdruckdampf umgewandelt wird.