Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Точки
Температура, 0C
Коэффициент использования, %
Точки
Температура, 0C
Коэффициент использования, %
^Na+
Il ^
^Na +
Н4
P1
0
73,6
88,0
Рг
0
35.6
95,6
Pi
15
78,8
85.1
Р.
15
43,4
95,1
Pi
30
83,5
84,2
Pl
30
50,7
94,2
Таким образом, с повышением температуры U^3- возрастает, a ?/NHt- почти не меняется. Наивысший теоретический выход NaHCO3 достигается при 32° С (точка P1) и равен 84%. Составу P1 при 32° С отвечает точка f исходного раствора (см. рис. 40), лежащая на пересечении диагоналей квадрата и отвечающая эквимолекулярным количествам исходных реагентов NaCl и NH4HCO3. Практически выход NaHCO3 всегда меньше теоретического. Это объясняется тем, что составы карбонизованных растворов, отвечаюшие точке P1 (табл. 6, рис. 40, б), в производственных условиях недостижимы.
На содовых заводах подвергают карбонизации растворы, не насыщенные NaCl1 и карбонизованные растворы содержат не более 270 г/л NaCl и около 90 г/л NH3 (общее содержание аммиака). Поэтому практический выход NaHCO3 (по NaCl) составляет обычно 65—75% в зависимости от температуры, содержания NaCl в рассоле, степени насыщения его аммиаком и двуокисью углерода и других факторов. Повысить U^i можно увеличением содержания NaCl и NH3 в аммонизированном рассоле, повышением концентрации СО, в газе, подаваемом на карбонизацию, снижением температуры в конце карбонизации и т. п. Особенно большое значение имеет температурный режим в карбонизационной колонне. В средней
части колонны, где формируются кристаллы NaHCO3, охлаждения не требуется, так как повышение температуры до 40—50° С (за счет экзотермичности реакций) способствует формированию крупных, хорошо фильтрующихся кристаллов. В нижней части колонны, где идет завершающий этап кристаллизации, необходимо понижать температуру для уменьшения растворимости NaHCO3 (см. рис. 40, б) и увеличения его выхода в результате дополнительного выделения кристаллов при охлаждении.
Рис. 41. Схема производства соды по аммиачному способу:
/ — шахтная известково-обжигательная печь; 2, 7 — промыватели печного газа; 3 — гаситель извести; 4 — напорный бак рассола; 5 — компрессор; 6 — барботажная абсорбционная колонна; 8 — барботажная карбонизационная (осадительная) колонна; 9 — нижняя охлаждаемая часть колонны; 10 — барабанный вакуум-фильтр; // — барботажная днстилляционная колонна; 12 — печь кальцинации бикарбоната натрия; 13 — транспортер
Диаграммы растворимости в системе NaCl — NH4HCO3 — H2O показывают теоретическую невозможность полного превращения поваренной соли в осадок бикарбоната натрия. В этом заключается один из главных недостатков аммиачно-содового производства.
Схема производства соды в упрощенном виде представлена на рис. 41. Производство соды начинается с добычи и очистки раствора поваренной соли (на схеме не показаны). Рассол, получаемый подземным выщелачиванием соляных пластов, или естественный рассол донасыщается в сатураторах каменной солью до концентрации 305—310 г/л NaCl. Перед использованием в аммиачно-содовом производстве рассол очищают от солей кальция и магния, так как в противном случае эти соли будут выпадать в осадок при аммони-
зации и карбонизации рассола, забивая аппаратуру и нарушая нормальный ход процессов. Очистка от катионов Ca2+ и Mg2+ производится осаждением примесей строго дозированными осадительными реактивами: суспензией соды в очищенном рассоле и известковым молоком (содово-известковый способ). Оеаждение примесей происходит, например, согласно уравнениям реакций: Mg2 4-Ca(OH)2=Ca^+ [Mg(OH)2
Ca2" + Na2CO3 = 2Na" + JCaCO3
Осадки гидроокиси магния и карбоната кальция отделяют в отстойниках-сгустителях непрерывного действия. Очищенный и осветленный рассол из напорных баков (рис. 41), расположенных на верхнем этаже многоэтажного цеха кальцинированной соды, самотеком поступает в абсорбционные колонны барботажиого типа (абсорберы), где происходит насыщение рассола аммиаком и до некоторой степени двуокисью углерода. Для этого используют регенерированный аммиак из дистиллеров, а также отходящие газы различных аппаратов цеха (карбонизационных колонн, абсорберов, фильтров), содержащие остатки аммиака и двуокиси углерода. Абсорбция ведется последовательно в нескольких абсорберах. После каждой ступени абсорбции тепло реакций отводится путем охлаждения раствора при помощи выносных оросительных холодильников (на схеме не показаны). Для компенсации потерь аммиака в абсорберы вводится аммиачная вода (примерно 2,5 кг NH3 на 1 т кальцинированной соды).
Из отделения абсорбции аммонизированный рассол подается в отделение карбонизации и распределяется по карбонизационным колоннам. Эти аппараты также представляют собой барботажные колпачковые колонны: в нижней части колонн расположены холодильники, в которых циркулирует холодная вода. В нижнюю и среднюю части колонны компрессорами подается концентрированная двуокись углерода из печей кальцинации соды и слабый печной газ известковых печей. Бикарбонатная суспензия из колонны самотеком передается в отделение фильтрации. На барабанных вращающихся вакуум-фильтрах от маточного раствора (фильтровой жидкости) отделяется сырой бикарбонат, который транспортерами подается в печи кальцинации (сушилки). Они представляют собой вращающиеся барабанные печи с внешним обогревом топочными газами, полученными сжиганием газообразного или распыленного жидкого или твердого топлива. Топочные газы проходят прямотоком с кальцинируемым бикарбонатом в кольцевом пространстве между огнеупорной футеровкой, в которой заключена печь, и ее стенками. Температура (внутри печи) ,составляет 140—17O0C *. Сырой бикарбонат подается в загрузочную часть печи питателем, а готовая кальцинированная сода удаляется из разгрузочной части при помощи
