Производство кальцинированной соды (стр. 4 из 10)

Стабильной диагональю солевого квадрата, которая пересекает только два полюса кристаллизации, является диагональ бикарбоната натрия – хлорид аммония, соотношение между реагирующими компонентами выбирают графически по проекции диаграммы, учитывая необходимость получения бикарбоната натрия, не содержащего в твердой фазе аммонийных солей. Иллюстрацией этого приема служит рис 3. Он заключается в создании в растворе несколько увеличенного содержания воды по сравнению с нонвариантной фигуративной точкой Р₁, на которую направлен луч кристаллизации.

Рис.5 Сечение диаграммы по ARP₁:

i^*_LBN – количество воды в равновесном растворе; i_R.пр – количество воды в технологическом растворе; i_p1 - количество воды в растворе Р₁; R – фигуративная точка реакционной смеси.

Сущность процесса может быть выражена таким образом, что при обработке насыщенного аммиаком рассола углекислым газом сперва происходит как – бы нейтрализация этого раствора углекислотой, сопровождающаяся значительным выделением тепла, а в дальнейшем, по мере повышения в растворе концентрации средней углеаммониевой соли, начинается ее обменное разложение с поваренной солью с образованием соды, которая при дальнейшем действии на раствор углекислоты образует наименее растворимое соединение – бикарбонат.

С практической точки зрения является интересным не только ход реакции и достижение наилучшего выхода бикарбоната, но и качество (физические свойства, структура) получаемого осадка бикарбоната. В заводских условиях, когда выпадение бикарбоната начинается при несколько повышенной температуре, а рост кристаллов – при охлаждении, получается крупно - кристаллический, хорошо отстаивающийся, хорошо фильтрующийся и хорошо промывающийся осадок. Пределом охлаждения на заводах чаще всего является температура 28 – 30ºС, но иногда и ниже – до 25ºС. Структура осадка имеет большое значение, так как легкость и скорость фильтрации и промывки сокращает расход пара на дистилляцию маточных жидкостей, а, кроме того, уменьшает остающуюся в бикарбонате после фильтрации влажность, что в свою очередь облегчает кальцинацию осадка и сокращает расход топлива на этот процесс. Слишком сильное охлаждение вызывает образование очень мелкого, илообразного осадка, который трудно фильтруется и нарушает и удорожает нормальный ход производства.

Очистка рассола поваренной соли

На содовых заводах сырой рассол очищают от примесей известково – содовым способом. В этом случае для осаждения солей кальция используют соду, для осаждения солей магния – известковую суспензию.

В основе известково-содового способа лежат реакции ионного обмена, приводящие к образованию труднорастворимых карбоната кальция и гидроксида магния:

Ca²⁺+CO₃^2-↔CaCO₃; Mg²⁺+2OH^-↔Mg(OH)₂

Полнота выделения ионов магния и кальция в осадок, а следовательно, степень очистки, определяется растворимостью СаСО₃ и Mg(OH)₂ в растворе хлорида натрия. Косвенным параметром, характеризующим полноту выделения Са²⁺ и Mg²⁺ в осадок, может служить величина pH, что важно при создании автоматической системы управления процессом очистки.

Основными трудностями первой стадии очистки рассола являются низкая скорость сгущения суспензии гидроксида магния и неудовлетворительная скорость фильтрования сгущенной суспензии. Установлено, что в процессе осаждения происходит образование аморфного (или близкого к аморфному) продукта с довольно высокой растворимостью. Продолжительность его существования зависит от состава маточного раствора, температуры и свойств используемой щелочи. Такой продукт представляет собой гидратированный гидроксид магния: Mg(OH)₂·(Н₂О)_m. Расстояние между плоскостями спайности у такого гидроксида больше длины молекул воды. Процесс созревания осадка, который может продолжаться несколько суток, можно описать уравнением

Mg(OH)₂·(Н₂О)_m→ Mg(OH)₂+mН₂О; 1<m<2.

В результате образуется гидроксид магния с хорошими седимен-тационными свойствами, имеющий решетку типа брусита.

Необходимо отметить, что с повышением температуры рассола увеличиваются скорость отстоя и уплотнение суспензии. С другой стороны, повышение температуры нежелательно для последующей стадии производства — абсорбции аммиака. Поэтому на стадии рассолоочистки температуру рассола поддерживают не выше 22 °С (при большом содержании ионов магния).

На рис. 6 приведена технологическая схема очистки рассола известково-содовым способом. В бак 1 подают содовый раствор, для приготовления которого используются кальцинированная сода и очищенный рассол. Из гасительного отделения цеха известковых печей в бак 2 поступает известковая суспензия (90 ±10 н. д.). Для регулирования титра известковой суспензии в мешалку-резервуар 2 подводят очищенный рассол. Далее реагенты поступают в смеситель 3.

Технологическая схема отделения очистки

Рис. 6 Схема отделения очистки рассола: 1 – бак содового раствора; 2 - бак известкового молока; 3 – смеситель; 4 – расширитель; 5 – реактор; 6 – отстойник; 7 – резервуар очищенного рассола; 8 – сборник шлама; 9 – сборник неочищенного рассола; 10 – насосы.

Процесс очистки рассола осуществляется непрерывно. Сырой рассол поступает из рассолопромысла в резервуары — хранилища сырого рассола 9. Основной поток сырого рассола центробежным насосом 10 через расширитель 4 направляется по трубопроводу в реактор. В случае необходимости часть сырого рассола нагревают за счет охлаждения газа содовых печей, после чего смешивают с основным потоком в расширителе. Труба, подводящая жидкость в реактор, имеет U-образную форму. Реактор не имеет мешалки. Требуемое перемешивание достигается за счет большой скорости поступления жидкости из U-образных труб реактора.

Для осуществления нормального течения процесса в реакторе температуру пульпы желательно поддерживать в пределах 17±3°С. Реактор соединен трубопроводом с отстойником 6. Суспензия поступает сверху в отстойник и по центральной трубе, не доходящей до дна, опускается вниз. Затем рассол поднимается вверх, отделяясь от твердой фазы. Осветленный рассол удаляется из отстойника через переливной желоб, расположенный по периферии. Шлам из нижней части отстойника через специальные трубы периодически спускается в сборник (шламовую мешалку) 8; сюда же поступает шлам из реактора 5.

Осветленный рассол из отстойника 6 направляется в сборник 7 и далее насосом 10—на абсорбцию. В мешалке 8 шлам разбавляется водой и насосом 10 перекачивается в шламопроводы дистиллерной жидкости.

Обжиг извести и получение углекислого газа

На практике для содового процесса углекислый газ добывается путем обжига известняка, при чем параллельно, кроме углекислого газа, получается известь, которая также необходима для аммиачно – содового процесса в виде известкового молока, как щелочь при дистилляции для разложения аммония, содержащихся в маточной жидкости. Известковое отделение является, таким образом, в содовом деле вспомогательным, вырабатывающим полупродукты для главного процесса. Процесс, происходящий в известковом отделении, разделяется на три операции:

1) обжиг известняка или мела в печах;

2) гашение извести с получением известкового молока;

3) промывка и очистка выходящего из печей углекислого газа.

Реакцию, происходящую при обжиге мела или известняка, можно изобразить так:

CaCO₃=CaO+CO₂.

При обжиге карбонатного сырья наряду с реакциями разложения карбонатов кальция и магния протекает ряд побочных вредных реакций: взаимодействие образующегося оксида кальция с оксидами кремния, алюминия, железа. Последние содержатся в виде примесей в сырье, также входят в состав золы топлива и огнеупорного кирпича, применяемого для футеровки печи. Образующиеся побочные соединения не могут быть использованы для получения известковой суспензии, что снижает эффективность обжига. Кремнезем SiO2 взаимодействует с основными оксидами при 700—800°С с образованием следующих соединений:CaO·SiO2—метасиликат кальция (tпл = 1540°C); 3CaO·2SiO2 - полуторакальциевый силикат (tпл = 1475°С); 2CaО·SiO2— двухкальциевый силикат (tпл = 2130°С); ЗСаО·SiO2 —трехкальциевый силикат (tраэл=1900 °С). Вначале образуется двухкальциевый силикат, который в избытке СаО в извести донасыщается с образованием трехкальциевого силиката.

Глинозем Al2OS реагирует с СаО в интервале 500—900°С. С ростом температуры образующийся вначале моноалюминат кальция СаО·А12О3 превращается в трехкальциевый алюминат ЗСаО·Al2О3, который обладает способностью переводить известь в малоактивную форму. Соединения СаО с оксидами алюминия и железа наиболее легкоплавки и играют более важную роль при оплавлении извести, чем кремнезем.

Сульфат кальция CaSO4 основное свое влияние оказывает на процесс обжига извести, понижая температуру образования жидкой фазы. Примесь сульфата кальция влияет также и на процесс гидратации извести, сильно замедляя его. Оксид магния хорошо растворяется в расплаве и заметно понижает температуру плавления жидкой фазы.

Водяные пары оказывают влияние на процесс диссоциации СаСО₃ в области низких температур (650—750ºС). Водяной пар адсорбируется на поверхности кристаллов, облегчая выход активированных ионов за пределы кристаллической решетки. При высоких температурах обжига (1000°С и выше) присутствиеводяного пара не оказывает каталитического действия на процессдиссоциации.