Производство кальцинированной соды (стр. 5 из 10)
Оксид кальция, входящий в состав извести, может быть ввиде свободного (активного или неактивного) либо связанного, т. е. вступившего во взаимодействие с примесями и образовавшего новые соединения (безвозвратные потери СаО).
Активный СаО — это часть свободного оксида кальция, которая способна реагировать с водой в обычных условиях гашения; неактивный СаО —часть свободного оксида кальция, которая не реагирует с водой в обычных условиях гашения,
Неактивный СаО образуется вследствие структурных изменений под воздействием высоких температур, а также за счет обволакивания зерен СаО пленкой плава, который появляется при взаимодействии СаО с примесями. При этом усиливается взаимодействие СаО с футеровкой печи. При повышении температуры выше допустимой может произойти образование более или менее крупных масс спекшейся извести («козлы»), что нарушает режим работы печей.
Горение твердого топлива в слое кускового материала имеет следующие особенности: отсутствует сплошной горящий слой (отдельные куски топлива разделены инертной к горению массой обжигаемого материала, так как в шихте содержится от 6,5 до 10 % топлива);
2)поглощение тепла, затрачиваемого на разложение карбонатов, происходит непосредственно в зоне горения;
3)горение осуществляется в потоке воздуха, нагретого в зоне подогрева;
4)куски топлива, уменьшаясь в процессе горения, опережают движущийся слой обжигаемого материала, что существенно сказывается на процессе горения в целом;
5)летучие вещества топлива, выделяющиеся в зоне подготовки топлива, контактируют с потоком горячих газов, почти не содержащих кислород, и отгоняются, не сгорая.
1.Работа печей.
Обжиг мела или известняка происходит в шахтных печах. Она состоит из трех основных механизмов – шахты, загрузочного и разгрузочного механизмов (рис. 7), в которых сверху печей производится загрузка смеси определенной пропорции известняка и твердого горючего. В случае последнего применяется кокс. Под влиянием происходящей снизу печи выгрузки извести, вышеуказанная смесь известняка и кокса опускается постепенно сверху вниз. В верхней части печи происходит обмен теплоты между отходящими газами и загруженной смесью, при чем известняк сушится, а газы охлаждаются. По мере опускания смеси, она поступает в зону наиболее интенсивного горения кокса, и здесь происходит окончательный обжиг мела с выделением угольной кислоты.
Мел, превратившись в известь, опускается вниз, и по пути следования последней происходит вторичный обмен теплоты между горячею известью и поступающим снизу воздухом, необходимым для процесса горения топлива. Известь при этом охлаждается, а воздух нагревается. Печи работают под давлением воздуха, нагнетаемого вентилятором в закрытую нижнюю часть печи.
2. Разница давлений.
Давление внизу печи должно регулироваться задвижкой на нагнетательной трубе вентилятора так, чтобы давление газа, выходящего из печи, составляло бы 5 мм водного столба, количество же его соразмеряется с анализом углекислого газа во избежание избытка или недостатка воздуха. Такое давление наверху печи гарантирует отсутствие засасывания воздуха извне, которое иначе могло происходить при открывании верхнего отверстия печи для загрузки, хотя, с другой стороны, вызывает некоторую утечку газа из печи при загрузке.
Рис.7 Шахтная известково – обжигательная печь:1 – опорная колонна;
2 – зазор с теплоизоляционной прослойкой;
3 – кладка из красного кирпича;
4 – кладка из огнеупорного кирпича;
5 – загрузочное устройство;
6 – общий коллектор;
7 – шахта печи;
8 – выгрузное устройство;
9 – фундамент.
Вдувание в печь воздуха создает кроме того преимущество в том отношении, что повышается интенсивность горения, увеличивается производительность печи, повышается процентный состав углекислого газа и создается некоторая независимость работы печи от работы компрессора. При одной и той же производительности печи увеличение разницы давления воздуха между нижней и верхней частью служит указанием того или иного качества загружаемых в печь материалов. Нормальным размером загружаемых в печь мела и кокса является: для мела - куски, диаметром 120 – 150 мм, а для кокса – куски, диаметром 50 – 60 мм. Увеличение разницы давлений указывает на присутствие в загруженном в печь материале слишком большого количества мелких кусков, которая может вызвать уменьшение производительности печи, вплоть до полного затухания, уменьшение же разницы давлений на слишком большую величину кусков загруженного материала и может вызвать плохое использование топлива и тем самым явлением недопала и понижение концентрации углекислого газа. Нормальная разность давления лежит в пределах 20 – 25 мм водяного столба.
3. Разница температур.
Показателем правильного горения в печи служит также температура извести внизу печи и температура газа, выходящего из печи. При нормальной работе температура извести внизу печи равна 45 - 55ºС, а температура выходящего газа сверху печи – 130 - 150ºС. При ненормальной работе печи могут быть следующие отклонения:
1. Известь холодная – газ горячий. Это указывает, что зона горения передвинулась наверх. Необходимо для восстановления нормальной работы либо усилить выгрузку извести из печи, либо уменьшить количество впускаемого воздуха.
2. Известь горячая – газ холодный. Это указывает, что зона горения опустилась вниз. Необходимо для восстановления нормальной работы уменьшить выгрузку и увеличить приток воздуха.
3. Известь горячая – газ горячий. Это указывает, что зона горения растянулась в печи. Поводом к этому могут быть, главным образом, три причины:
а) либо в загрузочном мелу находится много частиц мелкого размера; при загрузке в печь такого материала большие куски отбрасываются распределительным аппаратом по периферии, а мелочь собирается преимущественно в середине. Воздух, вгоняемый вентилятором, проходит большею своею частью по периферии и тем самым поднимает зону горения. В центре же, вследствие недостатка воздуха, зона горения получает конусообразную форму;
б) либо в печи образовались у стенок козлы, которые в одном месте задерживают проход воздуха внизу, понижая зону горения, а в других местах пропускают больше воздуха и поднимают зону горения вверх. Громадное значение для поддержания концентрированной зоны горения в печи на нормальной высоте имеет равномерная периодичность загрузки печи, поддержание постоянного горизонта материала наверху печи и тщательная подготовка смеси мела и кокса;
в) значительный процент мелочи на нормальный размер кусков топлива, загруженного в печь. Мелкие куски загораются вверху скорее, а более крупные сгорают значительно ниже, и таким образом зона горения растягивается.
Приготовление известкового молока
Известковое молоко, необходимое в содовом производстве для регенерации аммиака из хлористого аммония по реакции
2NH4C1 + Са(ОН)2 → CaCl2 + 2NН3 + 2Н2О,
получают гашением извести избытком воды:
СаО+ Н2О → Са(ОН)2
В воде Са(ОН)2 растворяется плохо, причем с повышением температуры растворимость уменьшается. При 0°С растворяется 0,185 гна 100 г Н2О, а при 100°С всего лишь 0,077 гпа 100 гН2О. Поэтому для разложения хлористого аммония применяют не гомогенный раствор, а суспензию Са(ОН)2 в воде, называемую известковым молоком. Концентрация взвешенной гидроокиси кальция в известковом молоке должна быть по возможности высокой, так как чем меньше воды поступит с известковым молоком в отделение дистилляции, где регенерируется аммиак, тем меньше тепла (пара) будет израсходовано на нагревание этой воды в процессе регенерации. Максимально возможная концентрация известкового молока ограничивается его вязкостью: слишком вязкую суспензию трудно транспортировать, очищать от примесей и дозировать. Вязкость суспензии зависит не только от концентрации взвешенной Са(ОН)2, но и от температуры. С повышением температуры вязкость уменьшается. Поэтому известковое молоко получают при высокой (~90° С) температуре, которая обеспечивается применением для гашения горячей воды, а также выделением тепла в процессе самой реакции гашения. Это тепло могло бы повысить температуру известкового молока примерно на 75° С, но практически значительная часть тепла теряется в процессе гашения на испарение воды и теплоизлучение. Поэтому известковое молоко с температурой 90—95° С можно получить, используя для гашения воду, подогретую до 60—65°С.
На качество известкового молока заметно влияет качество извести. Имеет, например, значение температура, при которой обжигалось карбонатное сырье: чем она выше, тем медленнее гасится полученная известь и тем менее дисперсным получается известковое молоко. При слишком высокой температуре обжига (выше 1350°С) получается известь, которая практически уже не гасится водой.
Из примесей, встречающихся в извести, больше всего влияет па продолжительность гашения сульфат кальция.
Высокая степень дисперсности известкового молока имеет значение не только для скорости разложения хлористого аммония. Высокодиспергированная суспензия труднее расслаивается, лучше сохраняет свою однородность, что важно при дозировке, не засоряет трубопроводы и меньше изнашивает насосы и коммуникации. Примерный состав известкового молока следующий:
Са(ОН)2 …………………. 200 – 250 н.д.
Mg(OH)2 …………………1 – 2 г/л
СО2-3 …………………….. 7 – 14 н.д.
СаSO4 …………………… 1 – 3 г/л