Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способу получения кальцинированной соды по аммиачному способу. Способ получения кальцинированной соды аммиачным методом включает получение на стадии абсорбции насыщенного аммиаком очищенного рассола, предкарбонизацию аммонизированного рассола, карбонизацию предкарбонизованной жидкости, отделение образовавшегося гидрокарбоната на фильтрах, его промывку от содержания хлор-ионов промывной водой при температуре 30-40°С, кальцинацию гидрокарбоната натрия, дистилляцию фильтровой жидкости. Промывку от хлор-ионов ведут до содержания хлор-ионов в гидрокарбонате натрия, поступающем на стадию кальцинации, равном 0,075-0,190 мас.% в пересчете на NaCl, при этом рН промывной воды соответствует 8,5-8,7, ее расход равен 0,40-0,95 м 3 /т, а электропроводность фильтровой жидкости составляет 35,25-41,00 См/м. Результат изобретения: снижение растворения гидрокарбоната натрия на стадии фильтрации, улучшение качества гидрокарбоната натрия, подаваемого на кальцинацию, увеличение производительности карбоната натрия, снижение количества дистиллерной жидкости, снижение расхода пара на дистилляцию фильтровой жидкости. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способу получения кальцинированной соды по аммиачному способу.

В настоящее время в мировой практике известно четыре способа получения кальцинированной соды:

Аммиачный способ;

Из природной соды;

Из нефелинового сырья;

Карбонизацией гидроксида натрия.

Ведущим способом получения кальцинированной соды до настоящего времени остается аммиачный способ.

Основные химические реакции процесса получения кальцинированной соды по аммиачному методу могут быть выражены следующими суммарными уравнениями:

Для осуществления реакции (1) раствор хлористого натрия насыщается аммиаком и двуокисью углеводорода при сравнительно низких температурах. Образовавшийся бикарбонат натрия выпадает из раствора в виде кристаллического осадка, после чего его отфильтровывают и подвергают прокаливанию согласно реакции (2) для получения карбоната натрия - кальцинированной соды.

После отделения осадка бикарбоната натрия аммиак регенерируется из маточного раствора, содержащего хлористый аммоний:

2NH 4 Cl+Са(ОН) 2 =2NH 3 +CaCl 2 +2H 2 O

Источником CO 2 и гидроокиси кальция являются продукты обжига карбоната кальция:

СаСО 3 =СаО+CO 2

и последующего гашения образующейся при этом извести:

CaO+Н 2 O=Са(ОН) 2

[С.В.Беньковский, С.М.Крутой, С.К.Секованов. Технология содопродуктов. - М.: «Химия», 1972, с.31; И.Н.Шокин, С.А.Крашенинников. Технология соды. - М.: «Химия». 1975, с.10-11; И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. - М.: «Химия», 1986, с.21 -22].

Для получения кальцинированной соды по аммиачному способу необходимы следующие стадии:

Карбонизация аммонизированного рассола двуокисью углерода с образованием малорастворимого бикарбоната натрия;

Принципиальные схемы приведены в вышеуказанных источниках:

[С.В.Беньковский, С.М.Крутой, С.К.Секованов. Технология содопродуктов. - М.: «Химия», 1972, с.32; И.Н.Шокин, С.А.Крашенинников. Технология соды. - М.: «Химия». 1975, с.12; И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. - М.: «Химия», 1986, с.23].

Аммиачный способ имеет ряд преимуществ, это:

Применение дешевого сырья;

Непрерывность процесса;

Достаточно высокое качество целевого продукта.

Но в то же время имеет и ряд недостатков, таких как:

Большое количество сточных вод, которые сбрасываются в так называемые «Белые моря», что существенно влияет на экологию;

Выброс в атмосферу большого количества аммиака;

Применение на некоторых установках дорогостоящего оборудования, так как ряд промежуточных продуктов проявляет коррозионную активность, что обусловлено образованием твердых кристаллических образований на поверхности аппаратуры;

Сложность ведения некоторых стадий процесса, как, например, стадий абсорбции, карбонизации, фильтрации.

На стадии фильтрации количество и качество получаемого гидрокарбоната натрия зависит от количества подаваемой воды - если количество промывной воды большое, то идет промывка не только от хлор-ионов, но и уносится вместе с промывной водой и гидрокарбонат натрия, что в дальнейшем сказывается на производительности стадии кальцинации, если количество промывной воды не достаточно - то на качестве гидрокарбоната. Обычно на промывку подают воду с температурой 30-33°С, которая считается оптимальной для получения кальцинированной соды, отвечающей требованиям ГОСТ [В.Ф.Чернов. Производство кальцинированной соды. «Госхимиздат». М., 1956, с.155-162].

Промывка ведется в зависимости от толщины лепешки на барабанном фильтре. А толщина лепешки зависит от качества и структуры гидрокарбоната натрия, от режима работы фильтра [И.Н.Шокин, С.А.Крашенниников. Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия. М., 1969, с.193].

Известен ряд изобретений по получению кальцинированной соды аммиачным способом, направленных на улучшение технологии, ведения отдельных стадий процесса.

Известен способ получения кальцинированной соды, где для снижения объема сбрасываемой дистиллерной жидкости и снижения энергозатрат за счет уменьшения расхода пара на дистилляцию фильтровой жидкости, разделение потока рассола осуществляют в объемном соотношении 60-85:15-40, где большую часть потока подают на аммонизацию и предкарбонизацию, а меньшую часть подвергают упариванию, далее смешивают потоки и подают на стадию карбонизации, после чего полученный бикарбонат натрия подают на стадию фильтрации. А фильтровую жидкость подают на стадию дистилляции .

К недостаткам способа следует отнести большое содержание хлорсодержащих продуктов в бикарбонате натрия после стадии фильтрации.

Также известен способ получения кальцинированной соды аммиачным способом, включающий карбонизацию предкарбонизованной жидкости путем подачи ее четырьмя потоками в абсорбционную зону карбонизационной колонны, отделение и промывку осадка бикарбоната натрия .

К недостаткам известного способа следует отнести сравнительно большие потери бикарбоната натрия после фильтрации, что характеризуется высоким содержанием бикарбоната натрия в маточной жидкости.

Известен способ получения кальцинированной соды, включающий получение и обжиг карбонатного сырья, разделение гидрокарбонатной суспензии, кальцинацию гидрокарбоната натрия и дистилляцию аммиака и диоксида углерода .

Способ предусматривает смешивать газы дистилляции, кальцинации и обжига, полученную смесь охлаждать с одновременным отводом тепла реакции, а образовавшийся бикарбонат аммония смешивать с раствором хлорида натрия с получением гидрокарбонатной суспензии и подавать ее на фильтрацию и далее - на кальцинацию.

К недостаткам известного способа следует отнести сложность технологического оформления, необходимость частой чистки аппаратов от твердых солей аммония, а также низкий выход бикарбоната натрия.

Известен способ получения кальцинированной соды, включающий получение и обжиг карбонатного сырья, фильтрацию гидрокарбонатной суспензии с получением гидрокарбоната натрия и маточной жидкости, кальцинацию гидрокарбоната натрия .

Способ предусматривает восполнение потерь аммиака с помощью слабоаммонизированного рассола, насыщенного по хлористому натрию, содержащего 10-90 г/дм 3 аммиака и 250-290 г/дм 3 хлористого натрия путем смешения его на стадии абсорбции с потоком очищенного рассола при массовом соотношении 0,05:0,005.

Данный способ предусматривает дополнительное введение хлористого натрия, что отрицательно сказывается на увеличении хлор-ионов в бикарбонате натрия и требует дополнительных затрат по улучшению качества гидрокарбоната натрия на стадии фильтрации и отмывки маточной жидкости.

Известен способ получения кальцинированной соды аммиачным способом, включающий следующие стадии:

Получение и очистка раствора поваренной соли;

Получение диоксида углерода из карбонатного сырья путем его обжига и получение известковой суспензии и углекислого газа;

Абсорбция аммиака и диоксида углерода из газов производства с получением аммонизированного рассола;

Карбонизация аммонизированнного рассола двуокисью углерода с образованием малорастворимого бикарбоната натрия;

Фильтрация бикарбоната натрия от маточного раствора и дальнейшее промывание водой бикарбоната натрия для удаления примесей NaCl и NH 4 Cl;

Кальцинация бикарбоната натрия с образованием конечного продукта - кальцинированной соды;

Дистилляция аммиака и диоксида углерода с целью возврата аммиака в процесс.

На стадии фильтрации происходит формирование твердой фазы - гидрокарбоната натрия.

Основное назначение отделения фильтрации производства соды - формирование непрерывного материального потока гидрокарбоната натрия, направляемого в отделение кальцинации. Он должен быть не только отделен от маточной жидкости, но и тщательно промыт. При фильтрации пространство между кристаллами бикарбоната натрия в осадке заполнено маточным раствором, содержащим хлористый натрий и хлористый аммоний. Для промывки осадка на фильтре на его поверхность подается промывная вода, которая вытесняет маточный раствор. Проходя сквозь осадок, промывная вода частично растворяет гидрокарбонат натрия и уносит его с промывными водами [И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. - М.: «Химия», 1986, с.136-138; Г.А.Ткач, В.П.Шапорев, В.М.Титов. Производство соды по малотоннажной технологии. Харьков. ХГПУ, 1998, с.19-21, 195-201].

К недостаткам способа следует отнести сравнительно низкий выход гидрокарбоната натрия, который теряется при промывке водой, и соответственно его повышенное содержание в фильтровой жидкости.

Наиболее близким техническим решением - прототипом - является способ получения кальцинированной соды аммиачным методом, включающий получение на стадии абсорбции насыщенного аммиаком очищенного рассола, предкарбонизацию аммонизированного рассола, карбонизацию предкарбонизованной жидкости, отделение образовавшегося гидрокарбоната на фильтрах, его промывку от содержания хлор-ионов, кальцинацию, дистилляцию фильтровой жидкости, причем количество подаваемой воды зависит от изменения количества поступающей гидрокарбонатной суспензии, поступающей на фильтр, от содержания хлор-ионов в промывной воде, что приводит к возрастанию содержания хлоридов (NaCl) в сыром гидрокарбонате натрия, который подают на кальцинацию гидрокарбоната натрия [С.А.Крашенинников. Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия. - М.: «Высшая школа», 1985, c.148-161].

Согласно прототипу на стадию фильтрации промывная вода и сырой гидрокарбонат поступают со следующими показателями.

Промывная вода:

Сырой гидрокарбонат натрия:

К недостаткам известного способа следует отнести:

Невозможность регулирования подачи промывной воды;

Относительно высокое содержание хлор-ионов в промывной воде, а также в гидрокарбонате натрия, подаваемом на кальцинацию, что говорит о недостаточной промывке от хлор-ионов;

Сравнительно низкий выход целевого продукта - кальцинированной соды.

Задачей предлагаемого изобретения являются:

Снижение растворения гидрокарбоната натрия на стадии фильтрации;

Улучшение качества гидрокарбоната натрия, подаваемого на кальцинацию;

Увеличение производительности карбоната натрия;

Снижение количества дистиллерной жидкости;

Снижение расхода пара на дистилляцию фильтровой жидкости.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения кальцинированной соды аммиачным методом, включающий получение на стадии абсорбции насыщенного аммиаком очищенного рассола, предкарбонизацию аммонизированного рассола, карбонизацию предкарбонизованной жидкости, отделение образовавшегося гидрокарбоната на фильтрах, его промывку от содержания хлор-ионов, кальцинацию гидрокарбоната натрия, дистилляцию фильтровой жидкости, промывку от хлор-ионов ведут до содержания хлор-ионов в гидрокарбонате натрия, поступающем на стадию кальцинации, равным 0,075-0,190 мас.% (в пересчете на NaCl), при этом рН промывной воды соответствует 8,5-8,7, ее расход равен 0,40-0,95 м 3 /т, а электропроводность фильтровой жидкости составляет 35,25-41,00 См/м.

Предлагаемый способ включает в себя все стадии, которые описаны в прототипе, а также в известных источниках, которые указаны выше [И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. М.: «Химия», 1986; Г.А.Ткач, В.П.Шапорев, В.М.Титов. Производство соды по малотоннажной технологии. Харьков. ХГПУ, 1998].

Осуществление способа подробно представлено на блок-схеме. Производство кальцинированной соды по аммиачному способу включает в себя следующие стадии процесса, представленные на блок-схеме:

Переработка карбонатного сырья: обжиг, охлаждение и очистка диоксида углерода, получение извести (СаО), ее гашение с получением известковой суспензии;

Получение и очистка рассола;

Абсорбция (приготовление аммонизированного рассола): двухстадийное насыщение очищенного раствора хлорида натрия (рассола) аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающими со стадии дистилляции, охлаждение аммонизированного рассола;

Карбонизация: предварительная карбонизация, карбонизация с выделением гидрокарбоната натрия, компримирование диоксида углерода, поступающего со стадий переработки карбонатного сырья и кальцинации;

Фильтрация: отделение гидрокарбоната натрия, его отмывка от хлор-ионов и далее влажный гидрокарбонат натрия подается на стадию кальцинации, а фильтровая жидкость направляется на стадию дистилляции;

Дистилляция: процесс регенерации аммиака и диоксида углерода, содержащихся в фильтровой жидкости в виде растворенных солей хлорида, карбоната и гидрокарбоната аммония, а также гидрокарбоната натрия, куда также направляется известковая суспензия, где происходит практически полная отгонка диоксида углерода и аммиака, которые направляются в отделение абсорбции;

Кальцинация: термическое разложение влажного гидрокарбоната натрия - получение целевого продукта - кальцинированной соды Na 2 CO 3 .

В соответствии с установленными расходными нормами содового производства производство кальцинированной соды характеризуется следующими экономическими показателями.

На 1 т готового продукта расходуется:

[И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. - М.: «Химия», 1986, с.16-17].

На стадию фильтрации подают суспензию гидрокарбоната натрия, содержащую растворы солей NaCl, NH 4 Cl, (NH 4) 2 CO 3 , NH 4 НСО 3 с содержанием гидрокарбоната натрия в количестве 25% от общей массы суспензии.

При проведении фильтрации над суспензией бикарбоната натрия после выхода ее из карбонизационных колонн на вакуум - фильтрах протекает следующая реакция:

NaHCO 3 +NH 4 Cl=NaCl+NH 4 НСО 3

В процессе фильтрации под влиянием разрежения из жидкости улетучивается диоксид углерода в результате разложения бикарбоната аммония по реакции:

2NH 4 НСО 3 =(NH 4) 2 СО 3 +CO 2 +Н 2 O

Фильтрование гидрокарбонатной суспензии осуществляют следующим образом.

Суспензию бикарбоната натрия подают на барабанные вакуум-фильтры, где происходит разделение на твердую фазу и жидкую фазу. Отфильтрованный осадок бикарбоната натрия подвергают промывке на барабанах вакуум-фильтров с целью удаления остатков фильтровой (маточной) жидкости. В качестве промывной воды используют охлажденную, например химочищенную воду, в количестве 0,40-0,95 м 3 /т при ее рН, равном 8,5-8,7, и промывку гидрокарбоната натрия ведут до содержания хлор-ионов в гидрокарбонате, равного 0,075-0,190% (в пересчете на NaCl), при этом электропроводность фильтровой жидкости должна составлять 35,25-41,00 См/м. Промытый бикарбонат натрия с влажностью 15,6-17,2% и содержанием хлор-ионов 1,1-2,9% подают на стадию кальцинации.

Примеры проведения стадии фильтрации представлены ниже.

Исходная суспензия гидрокарбоната натрия после карбонизационных колонн с содержанием твердого гидрокарбоната натрия в количестве 25% от общей массы и содержанием в растворе, н.д.: прямой титр (пр.т.) 33,4, общий титр (Общ.т.) 105,3, NH 3 , связанный (NH 3 св.) 71,9, хлор-ионы (Cl -1) 97,3 самотеком подается на вакуум-фильтры, куда подается и промывная вода с рН, равной 8,6, при температуре 35°С в количестве 0,63 м 3 /т. Промывку гидрокарбоната проводят до показателя электропроводности фильтровой жидкости равной, 39,77 См/м, при этом другие показатели фильтровой жидкости следующие: прямой титр (пр.т) составляет 34,2, общий титр (общ.т) 99,2, содержание связанного NH 3 (NH 3 св.) 65,0. Гидрокарбонат натрия после стадии фильтрации, подаваемый на кальцинацию содержит Cl-ионы (в пересчете на NaCl) 0,13%, влажность 16,1%.

Другие примеры проведения фильтрации представлены в таблице.

Если проводить отмывку от хлор-ионов полностью - до их отсутствия, то при этом теряется большое количество гидрокарбоната натрия, который уходит в фильтровую жидкость, а далее после дистилляции - в дистиллерную жидкость и в шламонакопители этой жидкости. Кроме того, при тщательной отмывке измельчаются кристаллы гидрокарбоната натрия, забивают фильтр, а при дальнейшей кальцинации способствуют перегреву и забивке оборудования на стадии кальцинации.

На основании данных, представленных в таблице, видно, что:

Потери гидрокарбоната составляют 1,1-2,9%;

Выход кальцинированной соды из 100 кг влажного гидрокарбоната натрия составляет 63,0-63,7%.

Все эти данные говорят о преимуществе предлагаемого способа по сравнению с прототипом.

Кроме того, проведение стадии фильтрации по предлагаемому изобретению позволит увеличить и производительность фильтра, не останавливая его на периодическую чистку.

Способ получения кальцинированной соды аммиачным методом, включающий получение на стадии абсорбции насыщенного аммиаком очищенного рассола, предкарбонизацию аммонизированного рассола, карбонизацию предкарбонизованной жидкости, отделение образовавшегося гидрокарбоната на фильтрах, его промывку от содержания хлор-ионов промывной водой при температуре 30-40°С, кальцинацию гидрокарбоната натрия, дистилляцию фильтровой жидкости, отличающийся тем, что промывку от хлор-ионов ведут до содержания хлор-ионов в гидрокарбонате натрия, поступающем на стадию кальцинации, равного 0,075-0,190 мас.% в пересчете на NaCl, при этом рН промывной воды соответствует 8,5-8,7, ее расход равен 0,40-0,95 м 3 /т, а электропроводность фильтровой жидкости составляет 35,25-41,00 См/м.

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

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

Процесс кальцинации можно показать уравнением:

2 NaHCO 3 (тв.)=Na 2 CO 3 (тв.)+СО 2 (газ)+Н 2 О(пар).

Кроме этой основной реакции при нагревании технического бикарбоната могут протекать дополнительные реакции:

(NH 4) 2 CO 3 -2NH 3 (газ)+СО 2 (газ)+Н 2 О(пар),

NH 4 HCO 3 -2NH 3 (газ)+СО 2 (газ)+Н 2 О(пар).

Хлористый аммоний взаимодействует при нагревании с бикарбонатом натрия по реакции

NH 4 Cl(раств.)+ NaHCO 3 (тв)-NaCl(тв)+ NH 3 (газ)+СО 2 (газ)+Н 2 О.

Карбамат натрия в присутствии воды при нагревании переходит в соду согласно реакции

2NaCO 2 NH 2 + Н 2 О- Na 2 CO 3 (тв.)+СО 2 (газ)+2NH 3 (газ).

Таким образом, в результате кальцинации в твердой фазе остаются Na 2 CO 3 и NaCl, а в газовую фазу переходят NH 3 , СО 2 и Н 2 О.

Наличие влаги в гидрокарбонате усложняет аппаратурное оформление, так как влажный гидрокарбонат натрия малосыпуч, комкуется и налипает на стенки аппаратов. Последнее объясняется тем, что влага, представляющая собой насыщенный раствор NaHCO 3 , при контакте с горячей поверхностью интенсивно испаряется. Выделяющаяся твердая фаза, кристаллизуясь, образует плотно прилипающую к поверхности корку.

Твердый слой соды, обладающей низкой теплопроводностью, ухудшает теплопередачу, а в содовых печах, обогреваемых снаружи топочными газами, - приводит к перегреву и прогоранию стенки печи. Для борьбы с этим явлением влажный гидрокарбонат натрия смешивают с горячей содой (ретуром). При этом образуется новая твердая фаза - трона (NaHCO 3 · Na 2 CO 3 ·2 Н 2 О). Свободная влага связывается в кристаллизационную, и продукт становится сыпучим.

При кальцинации бикарбоната натрия и троны в газовую фазу выделяются СО 2 , NH 3 и водяные пары. Аммиак и углекислый газ должны бать возвращены в производство. Углекислый газ используют в процессе карбонизации аммонизированного рассола, для чего полезно иметь газ с высоким содержанием СО 2 .

Процесс кристаллизации можно разделить на три периода по времени. Первый период характерен быстрым подъемом температуры. Разложения бикарбоната н наблюдается, и все тепло расходуется на подогрев материала, удаление кристаллизационной воды из троны и разложение углеаммонийных солей. Второй период характеризуется постоянством температуры материала (t~125°С). Подводимое тепло расходуется на термическое разложение NaHCO 3 . третьем периоде температура реакционной массы начинает резко возрастать. Это говорит о том, что процесс разложения бикарбоната закончился и подводимое тепло расходуется на нагрев полученной соды. На практике для ускорения процесса разложения NaHCO 3 температуру соды на выходе из печи держат в пределах 140 - 160°С.

КАЛЬЦИНАЦИЯ ГИДРОКАРБОНАТА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

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

Опыт показывает, что аммиак нельзя отмыть при промывке осадка, его не удается полностью удалить даже при нагревании до 100 °С. С помощью химического анализа установлено, что аммиак в техническом гидрокарбонате находится в виде карбамата натрия. Выделение его в твердую фазу происходит на протяжении всего процесса кристаллизации NaHCО 3 в карбонизационной колонне, т. е. карбамат натрия соосаждается вместе с гидрокарбонатом натрия. Его кристаллы включаются в кристаллическую решетку NaHCО 3 , что и объясняет трудность удаления аммиака путем промывки.

Карбонат натрия Na 2 CО 3 может образоваться при гидролизе NaHCО 3 и декарбонизации растворенного NaHCО 3 , на фильтpax. Объяснить присутствие Na 2 CО 3 в техническом гидрокарбонате кристаллизацией Na 2 CО 3 в процессе карбонизации нельзя ввиду малой концентрации СО 3 2 ~ в карбонизуемом растворе.

При снижении давления СО 2 над суспензией при выходе ее из карбонизационной колонны и на вакуум-фильтре протекает процесс ретроградации, т. е. переход осажденного NaHCО 3 в раствор и его взаимодействие с NH 4 C1. В результате этого, а также вследствие растворения NaHCО 3 в промывной воде, наблюдается повышение прямого титра жидкости после фильтров на 0,5--1,5 н. д., несмотря на разбавление ее промывной водой и выдувание на фильтре некоторого количества аммиака. Степень использования (f/ Na) после фильтров уменьшается примерно на 2,5% по сравнению с этим показателем для суспензии, выходящей из колонны, где U ^ a в среднем составляет 73%. Следовательно, потери NaHCО 3 на фильтрах достигают примерно 3,5%.

Отфильтрованный и промытый осадок гидрокарбоната натрия подвергается термическому разложению -- кальцинации. Сухой NaHCО 3 разлагается по реакции:

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

При разложении влажного гидрокарбоната количество компонентов и фаз увеличивается на единицу, а, следовательно, система остается моновариантной, т. е. и для влажной соли NaHCО 3 каждой температуре будет соответствовать определенное равновесное давление газовой фазы.

Влага в гидрокарбонате по существу является его насыщенным раствором, поэтому равновесное давление газовой фазы над влажным NaHCО 3 определяется равновесным давлением над насыщенным раствором этой соли. При данной температуре это давление выше, чем над сухим гидрокарбонатом. Поэтому при нагревании влажной соли вначале разлагается растворенный гидрокарбонат с выделением в газовую фазу не только влаги, но и диоксида углерода (рис. 38). После удаления влаги равновесное давление над оставшимся сухим гидрокарбонатом снижается, в связи с чем его разложение становится затруднительным. С помощью термограмм было установлено, что разложение сухого NaHCО 3 при суммарном давлении образующихся С0 2 и Н 2 0, равном 98 кПа (1 кгс/см 2), протекает при 120°С по реакции (1).

Влажный NaHCО 3 , как видно из рис. 38, может разлагаться и при температуре 110°С. При доступе в зону разложения воздуха или другого газа, снижающего суммарное давление Рсо 2 +Рн 2 о над осадком, разложение может протекать и при более низких температурах.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА КАЛЬЦИНАЦИИ

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

Суспензия, получаемая в колоннах и содержащая 26% (масс.) осажденного NaHCО 3 , поступает на вакуум-фильтры 6, где осадок отделяется от маточной жидкости. Вместе с промывной водой маточник направляется в отделение дистилляции для регенерации аммиака. Воздух, прошедший через слой осадка и фильтрующую ткань, отсасывается из сепаратора фильтра вакуум-насосом через промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ), находящийся в отделении абсорбции.

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

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

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

Газ, выходящий из содовых печей при 150°С, содержит СО 2 , NH 3 , водяной пар и содовую пыль и направляется в циклон 10, где большая часть содовой пыли улавливается и передается обратно в содовую печь шнековым транспортером 7. Из циклона газ поступает в общий для всех печей газоход 12 -- коллектор газа содовых печей, орошаемый внутри слабой жидкостью, которую получают при охлаждении газа в том же коллекторе до 80 °С и далее в холодильнике газа содовых печей (ХГСП) 13 до 38 °С.

Образующийся конденсат извлекает из газа оставшуюся после циклона содовую пыль, NH 3 и СО 2 . Этот раствор, содержащий Na 2 C0 3 , NаНСОз и углеаммонийные соли, называют слабой жидкостью. Часть этой жидкости возвращается обратно на орошение коллектора газа содовых печей, а часть направляется в отделение дистилляции для отгонки NH 3 и С0 2 и затем -- на вакуум-фильтры для промывки гидрокарбоната натрия.

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

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

На содовых заводах имеются схемы кальцинации, в которых ретурная сода не применяется. В этом случае сырой гидрокарбонат с помощью специального устройства забрасывается вглубь содовой печи, где уже имеется сода, которая в данном случае и выполняет роль ретурной. Глубина заброса до 9,5 м. При безретурном питании печей упрощается транспортирование готовой соды. Сырой гидрокарбонат из приемника 3 идет в аппарат-забрасыватель, который монтируется на месте смесителя /. При этом температура кальцинации возрастает.

Корпус забрасывателя охлаждается водой, подаваемой в рубашку, что уменьшает возможность налипания сырой соли к стенкам забрасывателя. При безретурном питании шнековые транспортеры 11 и 9 используются только для заполнения печей содой перед пуском их в работу после ремонта.

Содовые печи. На содовых заводах применяются содовые печи.

На рис. 1 и 2 показана огневая содовая печь с ретурным питанием со стороны ее загрузки и выгрузки соответственно. Горловина передней части, как это видно из рис. 1, входит в. неподвижную загрузочную камеру 8. Вращающаяся горловина уплотнена с помощью сальника 2, в котором она может перемещаться вдоль оси барабана при изменении его длины в процессе обогрева. Загрузочная камера имеет вытяжную трубу для отвода газов, выделяющихся при кальцинации. С внутренней стороны загрузочной камеры прикреплена зубчатая цепь 5, которая служит для очистки внутренней поверхности барабана от возможных содовых отложений, для измельчения комков соды и перемешивания. Цепь состоит из отдельных массивных чугунных звеньев массой до 135 кг, шарнирно связанных друг с другом.

Загрузка гидрокарбоната и ретурной соды производится с помощью смесителя 1 и питателя 9. При смешивании сырого бикарбоната с ретурной горячей содой, как было упомянуто выше, происходит разложение карбамата натрия с выделением аммиака в газовую фазу. Поэтому питатель-смеситель должен быть герметичным.

Горловина задней разгрузочной камеры печи 1 закрыта крышкой с центральным отверстием для ввода в печь выгружного шнека 5.

Корпус шнека сверху имеет вырез для поступления соды. Для герметизации шнека его винт сделан с разрывом, что обеспечивает создание содовой пробки, препятствующей прорыву газа из печи.

Вокруг шнека вместе с барабаном вращается цилиндрическое сито 6, прикрепленное к крышке печи. На внешней поверхности сита (по его образующим) имеются восемь корцов-лопаток. При вращении барабана корцы забирают соду в нижнем положении и ссыпают ее на сито в верхнем положении. Прошедшая через сито сода попадает в шнек и перемещается к разгрузочному штуцеру. Крупные комки соды ссыпаются с сита обратно в печь, где постепенно измельчаются. При остановке печи на ремонт к ситу прикрепляют специальную лопатку, доходящую до стенок барабана, которая вычерпывает полностью соду из печи.

Узел содовой печи со стороны загрузки: 1 -- смеситель сырого NaHCO 3 и ретурной соды; 2 --уплотнение содовой печи; 3 -- бандаж содовой печи; 4 -- содовая печь; 5 -- цепь содовой печи; 6 -- подшипник опорного ролика; 7 --опорный ролик; 8 -- неподвижная крышка (загрузочная камера); 9 -- механизм забрасывателя (питатель)

Барабан печи с помощью венцовой шестерни вращается с частотой 5 об/мин от электродвигателя через редуктор (на рис. не показаны). Своими бандажами 3 содовая печь опирается на две пары роликов. Задние ролики снабжены ребордами, фиксирующими положение конца барабана. Передняя пара опорных роликов не имеет ребордов. Благодаря этому при удлинении барабана вследствие нагревания смещается только передний его край, что дает возможность измерить удлинение барабана, а, следовательно, и степень его нагрева.

Для обогрева содовых печей можно применять топливо любых видов. При работе на угле конструкция топки усложняется необходимостью помещения в нее колосниковой решетки и приспособления для удаления золы. Твердое топливо усложняет его транспортирование к цеху и распределение по печам, ухудшает условия труда и затрудняет эксплуатацию печей, особенно при вынужденной аварийной остановке печи. Поэтому предпочтительными являются жидкое и главным образом газовое топливо, последнее имеет преимущество и с экономической точки зрения.

Для равномерного обогрева барабана печи горелки для сжигания природного газа необходимо располагать не только по длине топки, но и вдоль барабана на расстоянии порядка 10 м. Применяют так называемые беспламенные панельные горелки с керамической насадкой, температура ее излучающей поверхности 900--950°С. Более низкая температура по сравнению с температурой излучающего газового потока (1300°С) при факельном сжигании топлива улучшает условия работы огнеупорной обмуровки и увеличивает продолжительность межремонтного пробега печи.

Панельные беспламенные горелки позволяют сжигать природный газ с небольшим избытком воздуха а=1,05--1,10, что способствует снижению потерь тепла с отходящими топочными газами. Отходящие топочные газы при температуре 400--500 °С полезно использовать в рекуператоре тепла для подогрева воздуха, поступающего на сжигание топлива, или в котле-утилизаторе для получения пара. Наличие рекуператора позволяет использовать до 5% тепла.

Паровой кальцинатор. В последнее время для кальцинации гидрокарбоната вместо огневого обогрева барабана содовой печи стали применять в качестве теплоносителя пар. Известно, что интенсивность теплопередачи от конденсирующего пара во много раз выше, чем от топочных газов. В паровых кальцинаторах отсутствует вредное влияние высоких температур топочных газов на барабан печи. При одинаковой мощности аппаратов объем помещения, занимаемого паровым кальцинатором, значительно меньше. Следует отметить отсутствие громоздкой, подверженной износу огнеупорной обмуровки, меньшую стоимость аппарата и низкие расходы по эксплуатации. Недостатками паровых кальцинаторов являются повышенная стоимость пара по сравнению с газовым и жидким топливом и большой унос содовой пыли в процессе кальцинации.

Устройство парового кальцинатора показано на рис. 3. Внутри вращающегося стального барабана 1 расположены концентрически три ряда теплопередающих труб 3, развальцованных на концах в стенках кольцевых камер 5. Барабан кальцинатора и обогревающие трубы имеют уклон в сторону выгрузки соды, которая выходит из кальцинатора через выгружной карман 9. Пар подают в кольцевую паровую камеру 5 через штуцер в неподвижной части печи и далее по центральной трубе 8 и отходящим от нее к паровой камере трем патрубкам 6.

Конденсат из труб стекает в паровую камеру и из нее через ряд отверстий -- в кольцевую камеру конденсата 10, которая разделена перегородками на три секции. Каждая перегородка с одной стороны имеет упомянутые выше отверстия для стока конденсата, а с другой -- отверстие 4 и трубопровод 7 для вывода конденсата из кальцинатора. Попавший в секцию при нижнем ее положении конденсат в процессе вращения барабана вытекает с другого конца секции по трубопроводу 7 и далее выводится из кальцинатора.

Кальцинатор работает с вводом ретурной соды. Загрузочный механизм аналогичен механизму огневых печей с ретурным питанием: гидрокарбонат смешивается в смесителе с ретурной содой и подается в барабан кальцинатора. Наружная поверхность кальцинатора имеет теплоизоляцию 2. Кальцинатор обогревается паром под давлением 2,5--3,5 МПа (25--35 кгс/см 2). Температура соды достигает 190--250 °С, поэтому получаемый продукт имеет более высокую насыпную плотность.

Скорость кальцинации при столь высоких температурах выше, чем в огневых содовых печах. Паровые кальцинаторы отличаются высокоразвитой поверхностью нагрева. Обогревающие трубы для увеличения поверхности снабжены по всей длине поперечным оребрением. При одинаковых размерах производительность паровых кальцинаторов больше, чем огневых содовых печей.

Производительность парового кальцинатора с барабаном длиной 20 м и диаметром 2,6 м достигает 300 т/сут в пересчете на 95%-ную Na 2 C0 3 при влажности гидрокарбоната 16% и влажности смеси с ретуром 6%. Расход пара при давлении2,5--3,5 МПа составляет 1,2--1,7 т. Частота вращения барабана 7 об/мин. Степень заполнения барабана 30%. Паровые кальцинаторы диаметром 3 м и длиной 33 м выпускают в сутки до 600 т соды.

Перспективной конструкцией является паровой кальцинатор с греющими трубками, помещенными в кипящий слой кальцинируемого материала. Такой аппарат дешевле и проще по конструкции. Существенным достоинством печи с кипящим слоем является отсутствие вращающихся частей. Проектируемая мощность такой печи достигает 600--700 т/сут. Кипение слоя достигается подачей ретурного газа, т. е. газа, вышедшего из кальцинатора после очистки от содовой пыли и подогрева. Благодаря интенсивному перемешиванию материала в кипящем слое обеспечиваются хороший теплообмен, равномерность нагрева и невысокая температура выходящей соды.

Теоретическое количество ретурной соды, подаваемой в ретурную содовую печь или в паровой кальцинатор, можно рассчитать, если предположить, что вся свободная влага в сыром гидрокарбонате должна войти в состав троны согласно реакции (2). Из реакции следует, что для связывания 1 кг влаги необходимо затратить 2,94 кг 100%-ной соды. Так как ретурная сода содержит не 100% Nа 2 СОз, а в среднем 98%, расход ее на 1 кг влаги будет равен 2,94(100: 98) =3,04 кг.

При средней влажности сырого гидрокарбоната, равной 17%, 1 кг его содержит 0,17 кг воды. Расход 98%-ной соды для связывания 0,17 кг влаги составит 3,04-0,17=0,517 кг. Эта величина получена при условии идеального смешения гидрокарбоната с ретурной содой. Так как на практике достичь идеального смешения не удается, количество ретура увеличивают до 0,75-- 1,0 кг на 1 кг сырого гидрокарбоната.

Вакуум-фильтры . Для фильтрования NaHCО 3 чаще всего применяются барабанные вакуум-фильтры. В настоящее время наиболее вероятно применение центрифуг для отжатия влаги из гидрокарбоната, отфильтрованного на барабанных вакуум-фильтрах. Это позволит снизить влажность NaHCО 3 в два-три раза и тем самым облегчит работу и повысит мощность содовых печей.

Возможно также использование центрифуг совместно с гидроциклоном или с гравитационным отстойником, в котором суспензия гидрокарбоната предварительно подвергается разделению. Осветленную часть из отстойника далее направляют в отделение дистилляции, а сгущенную часть -- в центрифугу. Промытый и отжатый на центрифуге гидрокарбонат направляют на кальцинацию, а маточник, содержащий мелкие кристаллы NaHCO 3 , возвращается в отстойник. Подобное применение центрифуг в значительной мере зависит от качества кристаллов гидрокарбоната, что является недостатком этих аппаратов.

Конструкция барабанных вакуум-фильтров и принцип их действия широко известны и здесь не излагаются. В качестве фильтрующей ткани применяется шерстяная байка с длинным ворсом или сукно. Эти ткани, в отличие от хлопчатобумажных, имеют равномерную пористость, не изменяющуюся в процессе эксплуатации. Под этой тканью располагают редкую сетку из кордовых ниток или шпагата. В качестве основы под фильтрующий материал применяют сетку из капронового шелка, отличающегося хорошими эксплуатационными показателями. Срок службы такой сетки значительно больше, чем сетки, изготовляемой из вискозных ниток. Начали применять и просто мелкую металлическую сетку.

Расход промывной воды (слабой жидкости) составляет 0,3--0,5 м 3 /т соды.

На содовых заводах широко используется вакуум-фильтр с поверхностью фильтрации 5,6 м 2 , имеющий барабан диаметром 1,8 м и длиной 1,0 м и частотой вращения 0,73--3,0 об/мин. Производительность фильтра 9,5--12,3 т влажного бикарбоната в 1 ч при средней влажности осадка 16--17%.

Применяются также вакуум-фильтры с поверхностью фильтрации до 32 м 2 с несколькими отжимными роликами.

Барабан, распределительную головку и корыто фильтра изготовляют из щелочестойкого чугуна, содержащего 0,3--0,5% никеля и 0,4--0,6% хрома, мешалку фильтра -- из углеродистой стали марки Ст.З, срезающий нож -- из нержавеющей хромоникелевой стали, содержащей 18% хрома, 9% никеля и 1--2% титана.

Циклон --аппарат, улавливающий содовую пыль из газа содовых печей, имеет следующие специфические для содового производства особенности: в циклоне недопустима конденсация из газа водяного пара, парциальное давление которого в газе содовых печей составляет примерно 60 кПа (0,6 кгс/см 2), а следовательно, температура конденсации равна примерно 80°С. Для предотвращения конденсации циклон теплоизолирован.

В циклоне с механической выгрузкой соды установлена мешалка, которая сдвигает к выгрузному отверстию улавливаемую содовую пыль и, кроме того, очищает от соды внутреннюю поверхность циклона и наружную поверхность центральной трубы, выводящей газ из циклона.

На содовых заводах, где содовый раствор может быть использован, например, для получения каустической соды известковым способом или очищенного гидрокарбоната, можно применять мокрую очистку газа от содовой пыли в скрубберном промывателе, орошаемом водой. В этом случае, чтобы исключить поглощение аммиака, содержащегося в газе содовых печей, применяют горячую воду (температура 70--80 °С).

Холодильник газа содовых печей состоит из ряда соединенных друг с другом холодильных царг (бочек), аналогичных применяемым в карбонизационной колонне. Газ и слабая жидкость из коллектора газа содовых печей поступают сверху в межтрубное пространство и движутся вниз. Противотоком газу в трубах идет охлаждающая вода. Для получения 1 т/сут соды необходимо около 2 м 2 охлаждающей поверхности труб.

Промыватель газа содовых печей -- чугунный аппарат скрубберного типа диаметром 2--2,8 м и высотой 10--14 м. На высоту 7--10 м аппарат заполнен хордовой деревянной насадкой или кольцами Рашига, орошаемыми водой.

Транспортирование сырого гидрокарбоната осуществляется с помощью скребковых или ленточных транспортеров. Сухая горячая сода пылит, поэтому для ее транспортирования используются закрытые транспортеры -- шнековые или трубчатые -- в виде опирающейся на ролики вращающейся трубы, внутри которой укреплена винтовая поверхность, при вращении передвигающая гидрокарбонат вдоль трубы. Такие трубчатые транспортеры одновременно могут служить и для охлаждения горячей соды при передаче ее в бункер готовой продукции. В этом случае транспортер орошают охлаждающей водой.

Для охлаждения соды служат также специальные аппараты с кипящим слоем соды, в котором расположены охлаждающие трубы; кипящий слой создается путем продувки воздуха.

Имеются на содовых заводах и пневмотранспортные устройства для транспортирования соды. Однако при применении этого вида транспорта физические свойства соды ухудшаются: она измельчается, становится плохо сыпучей, приобретает способность к слеживанию, что затрудняет в дальнейшем разгрузку цистерн-содовозов, а также использование расфасовочных и упаковочных автоматов. При пневмотранспорте расход электроэнергии выше, чем на другие механические виды транспорта.

Подобные документы

Краткая история развития содовой промышленности. Сырье, используемое в производстве кальцинированной соды. Описание технологического процесса. Приготовление известкового молока. Фильтрация суспензии бикарбоната натрия. Кальцинация гидрокарбоната натрия.

реферат , добавлен 01.07.2008


Проблема очистки сточных вод от загрязнений, взвешенных и коллоидно-дисперсных частиц. Кинетика, механизм и физико-химические основы процесса флокуляции, влияние различных факторов. Способ подбора сорта флокулянта для эффективности осаждения дисперсий.

курсовая работа , добавлен 12.11.2014


Физико-химические основы процесса получения этилбензола в присутствии хлорида, технологическая схема процесса. Материальный баланс процесса производства этилбензола алкилированием в присутствии хлорида алюминия. Расчет теплового баланса алкилатора.

курсовая работа , добавлен 09.08.2012


Физические и химические основы производства медного купороса, этапы и особенности данного процесса, необходимое сырье и материалы. Технологическая схема производства медного купороса, характеристика и требования к сырью. Вакуум-выпарная кристаллизация.

дипломная работа , добавлен 14.03.2011


Хроматографический и оптический методы анализа. Определение состава смеси органических спиртов, содержания ионов металлов в растворе, содержания лактозы (сахарозы). Определение содержания карбоната и гидрокарбоната в смеси методом прямого титрования.

методичка , добавлен 13.11.2009


Характеристика химического продукта - HF-газа, методы его получение. Характеристика основного и вспомогательного сырья, стадии технологического процесса, отходы и их обезвреживание. Расчеты материального баланса производства, расходных коэффициентов.

курсовая работа , добавлен 20.06.2012


Газовая хроматография - один из наиболее перспективных физико-химических методов исследования, бурно развивающийся в настоящее время. Классификация хроматографических методов. Различные характерные признаки процесса. Сущность методов хроматографии.

реферат , добавлен 25.01.2010


Этапы первичной переработки природного газа, его состав и принципиальная схема паровоздушной конверсии метана. Схема химических превращений, физико-химические основы, термодинамика и кинетика процесса, сущность и преимущество каталитической конверсии.

курсовая работа , добавлен 11.03.2009


Технологические свойства азотной кислоты, общая схема азотнокислотного производства. Физико-химические основы и принципиальная схема процесса прямого синтеза концентрированной азотной кислоты, расходные коэффициенты в процессах производства и сырье.

реферат , добавлен 08.04.2012


Разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы, физико-химические основы процесса и закон Коновалова, технологический расчёт и материальный баланс. Физические свойства веществ, участвующих в процессе, конструктивный расчет.