В. А. ЛЕНКИЕВИЧ, А. У. ЭРКАЕВ,
А.К.РАМБЕРГЕНОВ,Л. С ЕЩЕНКО,
О. Б.ДОРМЕШКИН
ТЕХНОЛОГИЯ
КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ
СОДЫ
Учреждение образования
ТАШ КЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
в. а . л е н к / е в и ч , а . у . э р к а е в ,а к . ра м б е р г е н о в
Л. С .ЕЩЕНКОЛ). БДОҒМШШШН,
ТЕХНОЛОГИЯ КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ
Рекомендовано
учебно-методически.и объединением
по химико-технологическому образованию
в качестве учебник
для студентов учреж дений высшего образования
по специальности 5320400 - Химическая технология» специализации «Хи­
мическая технология неорганических веществ» (ТХТ11)и по специальности
1-48 01 01 «Химическая технология неорганических веществ, материалов и
изделий «специализации 1-48 01 01 01 «Технология
минеральных удобрений, солей и щелочей» (БГТУ)
Ташкент 2021
УДК 1661.333(07511
ББК [37]я7
Р е ц е н зе н т ы :
А к а д е м и к « И н с т и т у т а о б щ ей и н е о р г а н и ч е с к о й х и м и и » А Н Р е с ­
п у б л и к и У з б е к и с т а н Ш . С. Н о м о з о в ,кафедра химии Белорусского нацио­
нального технического университета; заведующий лабораторией полимерсо­
держ ащ их дисперсных систем ГНУ «Институт общей и неорганической хи­
мии Национальной академии наук Республики Беларусь» доктор химических
наук, профессор Е. В. Воробьева,.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или
ее част и не м аж ет быть осуществлено без разреш ения учреж дения образо­
вания Таш кентский химико-технологический институт
Л ^ й к /ев и ч В. А., Эркаев А. У.,Рамбергенов А .К .Д . С . Егценко,
Дорм еш кпп О. Б.,
Технология кальцинированной соды. Учебник для студентов специальности
5320400 - Химическая технология» специализации «Химическая технология
неорганических веществ» (ТХТИ) .специальности 1-48 01 01 «Химическая
технология неорганических веществ, материалов и изделий» специализации 148 01 01 01 «Технология минеральных удобрений, солей и щелочей»(£Г7У),/
В. А. Г кпқиевич, А.У.Эркаев, А .К .Рам бергенов- Ташкент, ТХТИ, JI. С. Ещенко, О. Б. Дормеш кин. - Минск : БГТУ, 2021.
ISBN 978-9943-7550-1-7
В книге изложены основы технологии кальцинированной содыи также
очищ енного бикарбоната натрия и каустической соды.
П редназначено для студентов по специальности 1-4801 01 «Химическая
технология неорганических веществ, материалов и изделий» специализации 148 01 01 01 «Технология минеральных удобрений, солей и щелочей», а также
специальност и 5320400 - Х им ическая т ехнология» специализации «Химиче­
ская т ехнология неорганических вещ ест в». М ожет быть полезно инженернотехническим работникам предприятий азотной промышленности.
УДК [661.333(075)]
ББК [37|я7
ISBN 978-9943-7550-1-7
© УО «Ташкентский химико технологический
институт», 2021
© ПЩнк/Аевич В. А ,Э ркаев А.У., 2021
УО «Белорусский государственный
т е х н о л о ги ч е с к и й у н и в е р с и те т» , 2021
/.
© Ещенко Л. С., Дормешкин О. Б., 202Ш'
у
/
ПРЕДИСЛОВИЕ
В Узбекистане за годы независимости создан ряд новых отраслей
народного хозяйства и взят курс на локализацию производств с целью
уменьшения зависимости от импорта многих видов промышленной продук­
ции. Важным звеном в решешга этих задач является строительство Кунградского содового завода в Республике Каракалпаке! ан
Кальцинированная сода —это многотоннажный продукт, потребляемый
многими отраслями промышленности. Кунградский содовый завод (КСЗ)
позв<ш|т обеспечить потребности народного хозяйства Узбекистана в этом
продукте? Однако, в связи с тем, что в Узбекистане до настоящего времени
не было подобных производств, остро встаёт проблема подготовки квалифи­
цированных кадров для содовых предприятий. В то же время ощ ущ ается де­
фицит необходимой учебной и технической литературы по производству
кальцинированной соды. Данной учебник ставит своей целью оказать по­
мощь в решении этой задачи.
Имеющаяся учебная и техническая литература по производству кальци­
нированной соды была издана издательством «Химия» в 1985 - 1988 гт. и
стала уже библиографической редкостью. За эти годы в производстве каль­
цинированной соды произошли некоторые изменения. Т ак, например, начал
внедряться процесс обжига известняка с использованием вместо кокса при­
родного газа. При этом резко снизилась концентрация диоксида углерода в
печном газе, что пе допустимо для процесса карбонизации аммонизирован­
ного рассола. В связи с чем возникла проблема концентрирования газа известково-обжи-гательных печей.
Следует отмепгть, что технологические схемы отдельных стадий произ­
водств кальцинированной соды, описанные в имеющ ейся учебной и техниче­
ской литературе, отличаются от действующ их на КСЗ. Поэтому авторы со­
чли необходимым наряду с описанием типовых технологических схем содо­
вого производства дать подробное описание технологических схем Кунградского содового завода. Это позволяет использовать данный учебнник для
подготовки бакалавров и магистиров дтя содовых заводов.
Для расширения кругозора учащихся в учебнике дана в сокращенном
изложении глава, посвященная производству пищевой соды (бикарбоната
натрия), также включена глава посвсщснная способам получения каустиче­
ской соды (едкого натра). Приводятся сведения о химических и электрохи­
мических способах получения едкого натра.
ВВЕДЕНИЕ
Кальцинированная сода — Ыа2СОз, карбонат натрия или углекислый
натрий. Молекулярная масса — 106. Углекислый патрий - белый кристалли­
ческий по-рошок, плотностью 2,53 г/см5, с температурой плавления 853°С,
хорошо раст-ворим в воде, насыпная плотность — 0,5-0,6 г/см5. Как соль
сильного основа-ния и слабой кислоты в воде гидролизуется и её водные
растворы имеют сильную щелочную реакцию. Из водных растворов может
кристаллизоваться в виде гидратов Ы а2С О з Н 20 (моногидрат), Ыа2СОз 7 1 1 ,0
(гептагидрат) и ЫагСОз ЮИ20 (декагидрат). Сода гигроскопична и при хра­
нении слеживается, превращаясь в монолит.
Таблица 1. Растворимость соды в граммах на 100 г воды:
Темпера­
тур а.°С
г/ 1 0 0 г
10
22
12,1
2 2 ,1
30
39.3
32,96
49.0
40
48,8
50
47,5
60
46.2
70
45.6
80
45,3
90
44,9
100
44.7
Температура кипения насыщенного раствора соды (44,5 г Na2C 0 3 на 100 г
воды) - 104,8°С. Из водных растворов соды при температуре ниже 32°С
кристаллизуется декагидрат Па2СОэ10Н2О в виде больших моноклинных
кристал-лов плотностью 1,45 кг/дм5, при 32-35,37°С - ромбический гептагид­
рат Ыа2СОз 7Н20 п л о т н о с т ь ю 1,5 кг/дм5, выше 35,37°С - ромбический моно­
гидрат Ыа2С 0 з Н 20 плотностью 2,25 кг/дм5. Безводная соль N a ^ C h кристал­
лизуется при температуре выше 112,5°С.
Плотность безводной кристаллической химически чистой соды 2523
кг/м5. Температура плавления 854°С. Средняя удельная теплоемкость в ин­
тервале температур от 0 до 100°С составляет 1,061 кД ж /кгград или 0,26
ккал/ кгград. Теплота образования из элементов при 18°С равна 1135
кДж/г-моль или 271 ккал/г-моль.
Качество технической кальцинированной соды (легкой) в странах СНГ
определяется требованиями ГОСТ 5100-85.
Кальцинированная сода была известна ещ е в древнем Египте. Египтяне
из- влекали соду из рапы природных содовых озер, а испанцы получали её
из золы щ ёлочесодержащих растений произраставших по берегам Среди­
земного моря и Атлантического океана. Основными поставщиками кальци­
нированной соды вплоть до начала 18-го века были Египет и Испания. Од­
нако к концу 18-го века эти источники не могли удовлетворять всё возраста­
ющ ие потребности в соде.
В 1775 году французская Академия Наук объявила конкурс на разработ­
ку промышленного способа получения кальцинированной соды из минераль­
ного сырья. Победил фармацевт Н. Леблан, осущ ествивший в 1792 году
промьпп-ленное получение соды из сульфата натрия.
4
Таблица 2. Показатели кальцинированной соды по ГОСТ 5100-85
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Марка А
высшая
категория
качества
гранулы бело­
го цвета
Показатель
Внешний вид
Содержание в % :
Ыа2СОз не мспсе
Хлоридов в пересчете на NaCl,
не более
Массовая доля железа в пере­
счете на FC2O 3 . п.6.
Остаток веществ нераствори­
мых в воде, н. б.
Массовая доля сульфатов в пе­
ресчете на NarS04. н.б.
Потери при прокаливании
щзн 270-300°С . н.б.
Марка Б первой категории ка­
чества
1-й сорт
2-й сорт
мелкокристаллический
порошок белого цвета
99,4
99,2
99,0
0.2
0.5
0.8
0,003
0,003
0.003
0,03
0,04
0.04
0,04
0.05
0.05
0,7
0,8
1.5
Основная реакция
получения соды по способу Леблана
прокалке исходной смеси:
N a2SOj + С аС О з +
идет при
2С = Na2CCb + C aS + 2 С 0 2 (1)
Из полученного таким путем плава соду выщелачивали водой и получен-ный раствор далее упаривали, выделяя соду в твердую фазу. В шламе
оставался сульфид кальция, являвшийся отходом производства, количество
которого составляло 1,5 тн на каждую тонну соды.
Требующийся для процесса сульфат натрия Леблан предложил получать
взаимодействием поваренной соли с серной кислотой :
2 NaCl + H 2SO 4
= Na 2SO<
+ 2 НС1 (2)
Для реализации способа Леблана в промышленном масштабе потребова­
лось расширение производства серной кислоты, которую в то время получа­
ли нитрозным способом. А это в свою очередь потребовало увеличения про­
изводства азотной кислоты. Отход производства - хлористый водород пере­
рабатывали на хлор и хлорные продукты: белильную известь и бертолетову
соль. Смешанная соль соляной и хлорноватистой кислот СаОС12 является ос­
новным компонентом белильной извести, а бертолетова соль КСЮз иначе
хлорат калия - это соль хлорноватой кислоты. Из сульфида кальция стали
получать элементарную серу. Таким образом, содовые производства стали
Центрами зарождавшейся химической промышлешюсти.
Идея аммиачного способа получения соды возникла еще в 1811 г., ко­
гда французский физик Френель обнаружил, что при взаимодействии рас5
творённых в воде бикарбоната аммония и поваренной соли можно получить
осадок бикарбоната натрия, из которого в дальнейшем нагреванием можно
получить кальцинированную соду Na 2C 0 3.
Этот процесс получения соды описывается следующими уравнениями:
NH 3 + С 0 2 + Н20 = NHJHCOj (а)
N llJIC C b + NaCl = N aIlC 0 3 + N II 4CI (б)
2 N aH C 0 3 = Na 2C 0 3 + C 0 2 + H20
(в)
Первые две реакции, протекающие в водных растворах можно объеди­
нить в одну суммарную реакцию:
NaCl + Н20 + NH 3 + С О 2 = N aH C 0 3 + NHjCl (3)
Реализация этого способа получения кальцинированной соды затрудня­
лась сложностью технологических процессов и отсутствием достаточного
количсст-ва аммиака и его дороговизной, так как производство синтетиче­
ского аммиака в промышленном масштабе началось только с 1913 г.
В 1865 году бельгийский инженер Сольве осуществил в промышленном
масштабе новый способ получения соды - аммиачный на основе реакции
Френеля. Далее полученный бикарбонат натрия переводился в твердую фа­
зу, образовавшаяся суспензия отфильтровывалась и сырой (влажный) бикар­
бонат под-вергался кальцинации (нагреванию), в результате чего и получа­
лась кальцинированная сода Na2C 0 3.
Содовые заводы, работавшие по способу Леблана, были одновременно
поставщиками хлора и хлорпроцуктов. Однако с 1890 г., когда стали исполь­
зовать электрохимический способ получения хлора, производство соды ме­
тодом Ле-блана стало неконкурентоспособным по отношению к аммиачному
способу Сольве.
Содовые заводы тяготеют к месторождениям сырья, так как являются материалоемкими производствами. Так, на территории стран СНГ имеются
сле-дузощие содовые заводы:
в России - в г. Березники на базе месторождения сильвинитов, при пере­
работке, которых на хлористый калий отходом производства является тех­
ническая поваренная соль; в г. Стсрлитамакс на базе крупного Ярбишкадакского месторождения поваренной соли;
в Украине - в г. Лисичанске и
в г. Славянске на базе крупного
Артемовско-Славянского месторождения поваренной соли, а также в Крыму
- в г. Красноперскопскс на базе соли, добываемой из отложений рапы залива
Сиваш (бассейн Азовского моря).
Кунградский содовый завод в Узбекистане использует поваренную соль
солончака Барсакельмес. Общий запас поваренной соли на месторождении
В 1980 г. мировое производство соды составляло около 29 млн. тонн, а в
2000 году мировое производство кальцинированной соды превысило 40 млн.
топн. Начиная с 1980 года, наблюдался стабильпый рост производства, кото­
рый составил за 20 лет около 38%. Наиболее крупным производителем
кальци-нировашюй соды в мире являются Китай и США, где производится
соответственно более 11 и 10 млн. тонн в год кальцинированной соды.
Однако, почти вся американская сода производится не аммиачным способом,
а из природных источников содового сырья. Эта сода значительно дешевле
соды, получаемой аммиачным способом.
Наличие дешевой американской соды привело к закрытию целого ряда за­
водов по производству кальцинированной соды аммиачным способом. В об­
щей сложности в Европе было закрыто мощностей заводов на 2,5 млн. тонн
соды в год, как не выдержавших конкуренции со стороны более дешевой
американской соды. Тем не менее, в Китае, стоящем на первом месте в мире
по объему производства кальцинированной соды, где выпуск кальциниро­
ванной соды составляет более 11 млн. тонн в год, вся сода производится ам­
миачным способом. Начиная с 1980 года, в Китае наблюдается стабильный
рост производства кальцинированной соды в среднем на 6,5 % в год.
Таблица 3. Основные производители кальцинированной соды
Компания, страна
FMK Corp.
Джеперал Хемикал
OCI Вайоминг
IMC
TG Soda Ash
Солъвсй
ОАО «Сода» (г. Стсршггамак)
Брмшср Монд
Ciech
Shandong Haihua Grup
Lianvungane Soda Plant
Страна
США
США
США
США
США
Европа п США
Р оссия
Великобритания
Польша
Китай
Китай
Производнтель□ось,
тыс. т/год
3310
2420
2220
1250
1220
7650
2100
1150
1059
1800
1000
Несмотря на значительный рост производства кальцинированной соды из
природных содовых соединений, аммиачный способ Сольве остаётся веду­
щим способом производства соды и в наши дни.
Кальцинированная сода находит широкое применение в различных от­
раслях промышленности, а именно: в химической промышленности, в про­
изводстве стекла, в цветной металлургии, в нефтехимии, пищевой промыш­
ленности, мясомолочной промышленности, легкой промышленности, в ме­
дицине.
7
Рис. 1. Области применения кальцинированной соды и содопродцктов
Также сода применяется в целлюлозно-бумажной промышленности, в
черной металлургии, в производстве синтетических моющих средств, в бы­
ту, в очистке воды и рассолов и т.д. Короче говоря, трудно найти такую от­
расль промышленности, где бы ни применялась сода или содопродукты. На
рис. 1 представлены основные области применения кальцинированной соды
и содовых продуктов.
В химической промышленности кальцинированная сода применяется
для получения каустической соды химическими методами, гидрокарбоната
8
натрия (пищевой или чайпой соды), моющих средств, соединений хрома,
сульфитов, сульфидов, сульфатов, фторидов (кремнефторида натрия, фтори­
да натрия, криолита), нитритов и нитратов натрия.
В таблице 4 представлены проектные мощности некоторых крупных со­
довых заводов. Из этой таблицы видно, что самым мощным заводом по про­
изводству соды аммиачным способом является Стерлитамакский содовый за­
вод (Россия).
Таблица 4. Мощности некоторых крупных заводов по производству кальцинироватгай соды аммиачным способом (данные фирмы
«КРЕБС»):
Страна
Россия
Россия
Украина
Болгария
Англия
Франция
Италия
Испания
Китай
Индия
Завод, город
ОАО «Сода» , г. Стер лигам ак
ОАО «Березниковский содовый за­
вод», г. Березшпш
ОАО «Крымский содовый завод»,
г. Краспоперекопск
г. Дсвня
г. Ушшгтоп
г. Домбаль
г.. Розиньянс
г.. Торрелавсга
г.. Шанхай
г. Мнтхапур
Про изводите лность,
тыс. тонн/год
2100
650
698
1200
1000
1300
950
700
800
625
В стекольной промышленности сода используется для производства листо-вого и светотехнического стекла, силикатной глыбы, хрусталя, сортовой
посуды, химически стойкой и термостойкой посуды, бутылок, банок, вазочек
и т.д.
В цветной металлургии сода используется при производстве глинозема из
бокситов, при переработке свинцово-цинковых, кобальт-никелевых, а также
вольфрамо-молибденовых руд. Она также используется при флотации руд
цвет-пых металлов: алюминия, никеля, вольфрама и др.
В целлюлозно-бумажной промышленности сода используется при сульфит-ной варке целлюлозы, в производстве п е р га м ет а, дрожжей, дубителей,
при проклейке бумаги и картона.
Кальцинировшшая сода находит применение в нефтехимической и
нефтеперерабатывающей промышленности при производстве синтетических
жирных кислот (СЖК), синтетических моющих средств (СМС), а также при
переработке нефти. При проходке нефтяных скважин кальцинированную
соду добавляют к растворам, укрепляющим степки, что предотвращает
обвалы скважин и позволяет избежать потери бурового инструмента, а также
повысить скорость буреш и.
В черной металлургии кальцинированную соду используют для удаления
серы и фосфора из чугуна и извлечения ряда компонентов из смол,
образующихся в коксохимическом производстве.
В машиностроении содопродукты используются для пассивирования и
обезвреживания деталей машин и инструментов.
Применение силикатной глыбы в литейном производстве для отливки за­
готовок (литейные формы) позволяет получать заготовки с минимальными
припусками. Это позволяет сократить число операций при механической об­
работке деталей, повысить экономию металла, высвободить значительное
количество металлорежущего оборудования и рабочей силы.
В медицине сода применяется в производстве медикаментов.
В легкой промышленности сода используется для мытья, беления и
крашения тканей, мерсеризации хлопка, получения искусственного шелка,
нитроцеллюлозы и др. Нитроцеллюлоза в свою очередь используется для
производства пороха и взрывчатых веществ.
В кожевенном, обувном и меховом производствах сода используется
для щелочной обработки материалов.
В мясо-молочной промышлеппости, а также в рыбной отрасли сода
ис-пользуется для обезжиривания и для очистки тары и рабочих мест.
В теплоэнергетике сода используется для очистки и умягчения воды,
питающей паровые котлы.
Таблица 5. Спрос на кальцинированную соду в 2020 годах
(данные фирмы «КРЕБС»), в тоннах:
Страны
спрос в 2020 г.
Северная Америка
Африка
8.750.000
Азия
16.797.000
Восточная Европа
5.100.000
Средний Восток
1.050.000
580.000
Южная Америка
1.050.000
Западная Европа
8.000.000
ИТОГО
41.782.000
Н а 1 тонну стиральных порошков расход кальцинированной соды состав­
ляет 560 кг и при этом, как уже указывалось, достигается значительная эко­
номия пищевых жиров.
Н а изготовление I тонны мыла расходуется от 400 до 700 кг жирных кис­
лот, а на 1 Tomiy стиральных порошков (СМС) расход синтетических жирных
кислот не более 100-250 кг, кроме того, для производства СМ С вообще не
требуются пищевые продукты. Заменителями пищевых жиров являются:
сульфанол, сульфонат и азолят, для изготовления которых используется со­
да.
10
В 2004 году мировое производство кальцииированпой соды составило
38,3 млн. тонн. В том же году Китай вышел на первое место в мире по про­
изводству кальцинированной соды - се производство составило 11,075 млн.
ТОШ! в год, в то время как в США было произведено 10,6 млн. тонн кальци­
нированной соды.
В США уровень потребления кальцинированной соды в расчете на душу
населения составляет около 40 кг на человека в год, а в ряде слаборазви­
тых стран мене 1,0 - 1,5 кг/чел. в год. В среднем развитые в промышленном
отношении страны потребляют соду в количестве 22 - 28 кг/чел. в год.
Таблица 6. Спрос на кальцинированную соду в Узбекистане
( по данным Министерства экономики РУз):
Потребление, тн
Потребители
Узстройматсриалы
30000
Узфармпром
21000
Узхимпром
1000
Масложиртабакпром
2480
Узавтоеаноат
750
Узметкомбинат
70
Узбеклегпром
360
Ухзбскпефтегаз
1130
ДП «Polar Investments Corp.»
2500
Фирма «Pokson»
1500
Другие потребители
7930
ИТОГО
68720
52% от мирового производства кальцинированной соды используется в
стекольной промышленности, 17% - в химической промышленности, 9% - в
производстве моющих средств и 22% приходится на все другие производства
и прочих потребителей. Однако производство стеклянной тары испытывает
сильную конкуренцию от альтернативных производств других упаковочных
материалов, таких как металлические банки, картонные коробки и пластмас­
совые изделия, что ведет к изменению баланса потребления кальцинирован­
ной соды.
Современные способы получения соды
Кальцинированную соду в настоящее время получают следующими спо­
собами:
И
1. Аммиачным способом (способ Сольве),
2. Из природной соды,
3. Карбонизацией гидроксида натрия (едкого натра),
4. При комплексной переработке нефелинов.
1.
Аммиачный способ
Как уж е указывалось выше, аммиачный способ получения
кальцинированной соды основан на следующих реакциях:
1) аммонизация и последующая карбонизация рассола поваренной соли
с образованием гидрокарбоната (бикарбоната) аммония
N H 3 + С 0 2 + Н20 = ЫЩНСОз
(а)
2 ) обменная реакция между гидрокарбонатом аммония и хлоридом
натрия с осаждением в твёрдую фазу гидрокарбоната (бикарбоната) натрия
NH4HCO3 + N aC l = N aH C O j + NH4CI
(б)
Или суммарно:
N aCl + Н 2О + N H 3 + ССЬ = N aH C 0 3 + NH 4CI
(3)
3) разложение гидрокарбоната натрия при нагревании (кальцинация)
с получением карбоната натрия (кальцинированной соды)
2 N aH C 0 3 = N a 2C 0 3 + С 0 2 + Н 20
(в)
Аммиачный способ длительное время был монопольным способом про­
изводства кальцинированной соды, которым вырабатывалось 1 0 0 % соды, а в
настоящ ее время его доля составляет около 60% от мирового производства
соды.
Достоинства этого способа:
1) доступность, распространенность, большие запасы и деш евизна сырья
(поваренной соли и известняка),
2 ) основные реакции, кроме обж ига известняка и процесса кальцинации,
протекаю т при невысоких (до 100°С) температурах и при атмосфер­
ном давлении,
3) устойчивость технологических процессов,
4) высокое качество продукции,
5) относительно низкая себестоимость кальцинированной соды.
Недостатки:
12
1) низкая степень использования сырья - натрий используется всего на
две трети, а кальций и хлор не используются вообще,
2) большое количество твердых и жидких отходов, требующих утилиза­
ции, сброса или длительного хранения,
3) значительный расход энергоресурсов,
4) большие удельные капиталовложения, что приводит к длительным сро —
кам окупаемости построенных заводов.
Недостатки этого способа получения соды становятся все существеннее
по мерс ужесточения требований по комплексному использованию сырья и к
охране окружающей среды от загрязнений, а также в связи с ростом
дефицита и стоимости энергоносителей.
Многочисленные попытки сделать аммиачный способ безотходным или
хотя бы малоотходным до настоящего времени успехом не увенчались.
Предло-женный аммиачно-содовый процесс
с получением паряду с
кальцинированной содой хлористого аммония, хотя и является практически
безотходным, однако широкого распространения не получил из-за низкого
спроса на хлорид аммо-ния. Кроме того,
этот способ требует
комбинирования производства кальцинированной соды с производством
аммиака.
Второй предлагаемый путь обеспечения малоотходносги содового
производства - переработка дистиллерной жидкости на хлорид кальция,
поваренную соль и мелиорант для кислых почв, строительные материалы,
минеральные подкормки для животных и птиц. Этот путь является более
перспективным в связи с широкими возможностями использования хлорида
кальция.
2. Производство соды и з
п риродной
соды
Получение кальцинированной соды из природного содосодержащего
сырья — сравнительно новая отрасль содовой промышленности. Хотя этот
способ был известен еще в древние времена (например, в древнем Египте
соду получали из содосодержащей рапы пекоторых природных озер), но
лишь открьпие в 1938 году в СШ А богатейших залежей троны
ЫаНСОзЫазСОз гНзО положило начало развитию технологии переработки
природного содового сырья.
В 1947 году американская фирма ФМК
приступила к практической разработке залежей троны. В 1960 году из
природной троны получали уже 720 тыс. тонн соды, в 1980 году - 6,8 млн.
тотш, а в 2004 году более 10 млн. тош г Кроме троны, в СШ А производят
соду из рапы озера Сируэзл в штате Калифорния.
Получать соду из природной значительно выгоднее, чем производить ее
аммиачным способом. Удельные капвложения на 1 т соды в год в 1980 году
составляли:
по природной соде - 300 дол.
по аммиачной соде - 546 дол.
Затраты по рабочей силе соответственно 1,1 и 1,88 челУ час, расход энер­
гии соответственно 6,3 и 14,2 кДж/т.
13
В США кальцинированную соду получают из троны двумя основными
способами: сссквнкарбонатным и моногидратным.
По сссквикарбонатному способу руду добывают, дробят и дробленую
руду растворяют с получением насыщенного раствора, который направляет­
ся на осветление, фильтрацию и очистку от органических примесей. Затем
раствор охлаждаю т и из него выпадают кристаллы сесквикарбоната натрия.
Эти кристаллы отделяют от маточного раствора и кальцинируют при 200°С.
В результате получают чистую кальцинированную соду с насыпной плотно­
стью 0 ,8 кг/дм3.
Второй способ переработки троны - моногидратный - был разработан
позднее и стал основным. По этому способу руду кальцинируют и получен­
ную сырую соду растворяют. Раствор подвергается осветлению, фильтра­
ции, затем его пропускают через активированный уголь для очистки от орга­
нических примесей и далее упаривают при температуре ниже точки перехода
моногидрата карбоната натрия в безводную соду. Полученные кристаллы
моногидрата карбоната натрия отделяют и дегидратирую т при температуре
около 150°С. В результате получаю т тяжелую соду с насыпной плотностью
1,07 кг/дм3.
Фирмой ФМК разработан процесс подземного выщелачивания троны,
ко-торый позволяет сократить затраты на производство соды еще на 20-25%.
В СШ А также открыты богатейшие залежи природной соды - нахколита N aH C 0 3 и даусош п а - NaAl( 0 H) 2C 0 3 .
М есторождения природной соды, но меньшие, чем в СШ А, имеются и
в ряде других стран: Бельгии, Бразилии, Венесуэле, Мексике, Индии, Паки­
стане, Китае, Турции, Канаде, ЮАР и Кении. Производства кальцинирован­
ной соды на базе природной соды имеются в Кении и Мексике.
3. Комплексная переработка нефелинов.
П ри комплексной переработке нефелинов получаю т глинозем, поташ,
кальцинированную соду, цемент и ряд друг продуктов. Комплексная перера­
ботка нефелинов используется только в России. Общая химическая формула
нефелинов 3Na20 K 20 4 A l20 39 S i0 2. В странах СНГ имеются большие зале­
жи нефелинов в Хибинских горах на Кольском полуострове (апатито­
нефелиновая руда), в Красноярском крае (Кузнецкий Алатау), на Урале, в
Кемеровской области, в Казахстане и Средней Азии, в Армении и Украине.
Комплексная переработка нефелинов даст возможность сэкономить 15%
капитальных вложений и 2 0 % эксплуатационных затрат по сравнению с
самостоятельными производствами тех же продуктов из традиционного сы­
рья.
Стадии комплексной переработки нефелинов методом мокрого спекания:
1 ) приготовление шихты мокрым помолом нефелиновой руды с известня­
ком в шаровых мельницах с добавлением оборотного раствора;
2 ) спекание известково-нефелиновой шихты в печах спекания с образова­
нием алюминатов натрия и калия и двухкальцисвого силиката (для
14
упро-щения
химическая
формула
нефелина
принята
как
(Na,K )2 0 А12Оз 2SiOz+ 4СаСОз = (Ы аД Ь О А Ш з + 2(2СаО S1O 2) + 4COj
(4)
(NaJC^OAljOj^SiOy
Печь спекания представляет собой вращающийся стальной барабан, футе­
рованный шамотным огнеупорным кирпичом. Обогрев печи осуществляется
путём сжигания мазута, подаваемого в печь форсунками. Выгружаемый из
печи спек с температурой 1150-1200°С охлаждается до 100°С в холодильни­
ке, измельчается и поступает на выщелачивание.
3) охлаждение спека;
4) дробление спека;
5) выщелачивание спека. Выщелачивание производится в проточных диф­
фузорах смесью содощелочного раствора, промывных вод и свежей во­
ды. Диффузоры соединены последовательно в батареи по 10-15 аппара­
тов в ряду. Раствор последовательно проходит через все диффузоры и
постепенно концентрация алюмината натрия (и калия) в нём возрастает.
Твердый остаток из диффузоров - это красный шлам, который направ­
ляется на производство цемента (или в отвал), а полученный крепкий
агаоминатный раствор направляется па карбонизацию.
6 ) Гидролиз алюминатных растворов, протекающий при процессе карбони-зации:
(NaJCihO А Ш з + 4 Н20 = 2А1(ОН)з + 2NaOH (КОН)
(5)
Образующийся при гидролизе алюминатов каустик подвергается карбо­
низации:
2NaOH + С 0 2 = Na 2C 0 3 + HjO
(6 )
2КОН + 0 0 2 =
К 2СОз + Н 20
(7)
7) фильтрация суспензии гидроксида алюминия с получением осадка гид­
роксида алюмишш и карбонатных щелоков.
8 ) кальцинация гидроксида алюминия при 1200°С во вращающихся ци­
линдрических барабанных печах, в которых тепло для кальцинации
выделяется при сжигании в печах мазута
2А1(ОН)з = А12О з + ЗНзО
(8)
9) выпарка раствора карбонатов натрия и калия с получением кристалли­
ческих твердых солей.
Состав карбонатных щелоков колеблется в широких пределах (г/л):
Ыа2СОз - 130-170, К 2СОз - 4 0 -6 0 , K2S0 4 - 5-20. В топливе, используемом
для спекания нефелина с известняком обычно содержится сера (уголь, мазут)
и поэтому в карбонатных щелоках появляются и сульфаты. Это объясняется
тем, что сера из топлива при горении превращается в диоксид серы S 0 2, ко15
торый реагирует со щелочами, образуя сульфиты —соли сернистой кислоты,
и далее эти сульфиты окисляются в сульфаты. В карбонатных растворах
присутствуют бикарбонаты натрия и калия, которые корродирую т выпар­
ную аппаратуру. Для предотвра-щения коррозии выпарных аппаратов
бикарбонаты нейтрализуют добавлением едкого натра.
Основная трудность при переработке карбонатных щелоков - максималь­
но возможное разделение и выделение в твёрдом виде соды, поташ а и суль­
ф ата калия. Для достижения этой цели используют путь политермического
упаривания растворов в вакуум-выпарных установках. Технологический ре­
жим вы-парки зависит от состава исходного раствора.
По одной из схем выпарки карбонатный щелок дополнительно карбонизую т для освобождения от остатков оксида алюминия (глинозёма), снова от­
фильтровываю т для отделения образовавшегося гидроксида алюминия. Для
усреднения кислых солей (бикарбонатов) добавляю т щелочь и направляют
полученный раствор на 1-ю стадию выпарки при 70-75°С. При упаривании из
раствора выделяется 25-30% от общего количества соды, поступивш ей с кар­
бонатными щелоками, в виде моногидрата карбоната натрия N a 2C 0 3 Н20 и
упаривается до 60% всей воды.
После отделения выпавшей соды к маточному раствору №1 добавляют
маточный раствор № 2 , который получается после второй стадии упаривания.
Смеш анный раствор охлаждают до 35°С. При этом из раствора выделяется
сульфат калия, который отделяется от раствора, идущего на 2 -ю стадию упа­
ривания. На 2-й стадии упаривания при 80-85°С выделяются остальные 7075% соды от начального количества.
Осадки моногидрата соды от обеих стадий выпарки смеш иваю т и обезво­
живают, получая кальцинированную соду.
Часть маточного раствора № 2 после отделения соды смеш ивают с маточ­
ным раствором № 1 после первой ступени выпарки, а избыток маточника № 2
направляю т на 3-ю стадию выпарки при 1 2 5 -1 3 0 °С . При этом из раствора вы­
падает двойная соль Ы а2С О з К г С О з. Этот осадок отделяю т и растворяю т в ис­
ходном усредненном растворе, а оставшуюся жидкую фазу охлаждаю т до
3 5 - 4 0 ° С . При охлаждении из раствора кристаллизуется К 2С О з 1 ,5 Н 20 . Его от­
фильтровываю т и сушат. М аточный раствор № 3 после отделения поташа воз­
вращ аю т на третью стадию выпарки для поддержания необходимого соотнош еш ы Т:Ж (твердого к жидкому) в суспензии двойной соли и частично вы­
водят из цеха в виде жидкого поташного раствора, содержащ его около 5 0 %
поташа. С этим раствором одновременно выводятся из цикла накапливающи­
еся в процессе нежелательные примеси: хлориды и соединения неокисленной
серы.
Н а 1 т глинозема получают 0,7 т кальцинированной соды - Ы а 2СОз, 0,3 т
поташ а - КгСОз, некоторое количество сульфата калия, а из красного шлама
м ожно получить до 8 ,0 тонн портланд-цемента.
4. Карбонизация гидроксида патпия
16
В настоящее время производство гидроксида натрия - каустической
соды электролизом достигает более 40 млн. тонн. В тех случаях, когда
основным продуктом электролиза растворов поваренной соли является хлор,
то есть ради потребности в нем и создавалось электролизное производство,
то возможно наличие избыточного количества каустической соды. Эту
каустическую соду можно при необходимости перерабатывать в
кальцинированную путем карбонизации ей раствора:
4
2NaOH + СО 2 = NazCOj + НзО
(7)
В остальных случаях процесс карбонизации каустической соды невыго­
ден, так как из более дорого продукта - каустической соды
путем
дополнительных
затрат
получают
более
дешевый
продукт
кальцинированную соду. Достоинством процесса является высокое качество
кальцинированной соды, особенно когда ее производят из каустической
соды, полученной
при мембранном способе электролиза растворов
поваренной соли. В настоящее время карбонизацией гидроксида натрия
1%
кальцинированной соды от ее общего
производится менее
производства.
17
ГЛАВА I. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
П ОЛУЧЕНИЯ КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ АМ М ИАЧНЫ М
СПОСОБОМ
На
содовых заводах, работающих по аммиачному способу,
получаю т из поваренной соли, известняка с использованием аммиака.
На рис. 2 представлена принципиальная схема производства соды
аммиачным способом.
Основная суммарная реакция получения гидрокарбоната натрия:
N aC l + Н 20 + N H 3 + С 0 2 = N aHCOj + NH„C1
Г
соду
(3)
Углекислый газ очень плохо растворяется в воде и в рассолах. Поэтому в
начале рассол (водный раствор поваренной соли) насыщают аммиаком, а за­
тем уж е аммонизированным рассолом поглощ аю т углекислый газ. Таким об­
разом, процесс получения гидрокарбоната натрия идет в две стадии: первая
стадия - аммонизация (абсорбция) и вторая стадия - поглощ ение углекислого г а з а о
C i ^ ( карбонизация). Выпавший в процессе карбонизации осадок бикарбоната
натрия ЫаНСОз отфильтровываю т на вакуум-фильтрах и далее разлагают
при нагревании с получением кальцинированной соды (кальцинация):
2 N aH C O j = ЫагСОз + С О , + HjO
(в)
Выделяю щ ийся при кальцинации углекислый газ использую т в процессе
карбонизации. Образующ ийся при реакции карбонизации хлористый аммо­
ний NH 4C1 мож ет выпускаться в виде готового продукта, как, например, на
Д онецком содовом заводе (г. Лисичанск, Украина), где из части фильтрата
после отделения бикарбоната натрия вырабатывается хлористый аммоний.
О днако на больш инстве содовых заводов аммиак из хлористого аммопия
регенерирую т и возвращ ают обратно в процесс производства. С этой целью
маточный раствор после вакуум-фильтров обрабатываю т известковым мо­
локом:
2 N H 4CI + Са(О Н )2 = 2NH 3 + 2 Н20 + СаС12
(9)
Д ля получения известкового молока необходима негашеная известь СаО,
которую на содовых заводах получаю т путем обжига карбонатного сырья
(мела или известняка) в известково-обжигательных печах. При нагреве
известняка до 1100- 1200°С происходит выделение углекислого газа:
СаСОз = СаО + С 0 2
(10)
Т аким образом, для нормального функционирования производства каль­
цинированной соды необходимым сырьём является известняк, из которого
18
при обжиге в известково-обжигательных печах получают печной газ, со­
держащий диоксид углерода С 0 2, и негашеную известь СаО.
Обжиг известняка на большинстве заводов по производству кальциниро­
ванной соды ведут используя в качестве топлива кокс, иногда высококаче­
ственный каменный уголь - антрацит. На КСЗ обжиг известняка предусмот­
рен путём сжигания природного газа.
Газ из известково-обжигательных печей - печной газ подвергают охлажде­
нию, тщательной сухой и мокрой очистке и далее направляют на углекислот­
ную компрессию для последующего использования в процессе карбониза­
ции аммонизировашюго рассола, как источник С 0 2.
Негашеную известь СаО направляют в отделение гашения, где гасят со
значительным избытком воды против стехиометрии, то есть того ее количе­
ства, которое требуется по реакции гашения, получая известковое молоко —
Са(ОН >2 в виде суспензии:
СаО + Н20 = Са(ОН)г
(11)
Это известковое молоко используется в отделении дистилляции для ре­
генерации аммиака и в отделении очистки рассола для осаждения катиона
магния Mg2* из рассола.
На всех содовых заводах в настоящее время осуществляют очистку
рассо-ла поваренной соли от примесей - солей кальция и магния - при помбщи из-весткового молока и кальцинированной соды.
В процессе очистки сырого рассола протекают следующие реакции:
а) при добавлении известкового молока
MgCl2 + Са(ОН)2 = Mg (ОН >2 + СаС12
(12)
б) при добавлении кальцинированной соды
СаС12 + ЫагСОз = СаСОз
+
2 N aC l
(13)
Гидрат окиси магния - M g (ОН)2, образующийся по реакции (12) , кар­
бонат кальция - СаСОз, образующийся по реакции (13) и магнезия альба Ме4(0 Н )г(С 0 )3*ЗН20 частично образующийся по реакции (14) выпадают в
осадок и их удаляют путём отстаивания.
4MgCl2+4Na2C 0 3+4H20 -> M g ,(0 H )2(C 0 )j, 3H20 + 8 N aC l+ C 0 2 (14)
19
20
Рис 2. Принципиальная схема производство соды аммиачным способом
hH+ COi
21
Рис 2.а Принципиальная технологическая схема КСЗ
Для ускорения осаждения нерастворимых солей кальция и магния добавляют флокулянты, например полиакриламид. После отстаивания очи­
щенный рассол поступает в сборник очищенного рассола, из которого пода­
ется на ам-монизацию для насыщения аммиаком, то есть на абсорбцию ам­
миака.
Далее аммонизированный рассол поступает на карбонизацию, сущность
которой заключается в насыщении аммонизированного рассола углекислым
газом (диоксидом углерода). На карбонизацию поступает печной газ из от­
деления обжига известняка, содержащий около 40% мольных СОг» и газ из
паровых капьцинаторов сырого бикарбоната натрия.
Углекислый газ очень плохо растворяется в воде и в рассолах. Поэтому в
начале рассол насыщают аммиаком, а затем уже аммонизированным рассо­
лом поглощают углекислый газ. Таким образом, процесс получения бикарбо­
ната натрия идет в две стадии: первая стадия аммонизация и вторая стадия
- карбонизация.
В процессе карбонизации образуется раствор бикарбоната натрия
Ы аН С О з, который благодаря созданию благоприятных условий выпадает в
осадок.
Суспензия бикарбоната натрия направляется на фильтрацию на вакуумфильтры. Образовавшийся на поверхности фильтровальной ткани осадок сы­
рого бикарбоната натрия промывают и далее направляют на кальцинацию.
В отделении кальцинации в процессе нагревания сырого бикарбоната
происходит его разложение с получением кальцинированной соды и диок­
сида углерода:
2 ИаНСОз = ЫагСОз + С 0 2 + НгО
(в)
Выделяющийся при кальцинации углекислый газ подвергаю т очистке от
пыли, охлаждают с целью конденсации паров воды, выделяющихся в процес­
се кальцинации, и направляют, в углекислотную компрессию для последую­
щего использования при карбонизации аммонизировашюго рассола.
В результате процесса кальцинации получают готовый продукт «лёгкую»
кальцинированную соду. Однако для ряда потребителей требуется <сгяжёлая»
сода. Поэтому «легкая» сода направляется далее в отделение «тяжелой» со­
ды, которая имеет примерно в два раза большую насыпную плотность, чем
«лег-кая» сода. Здесь «легкую» соду увлажняю т для перекристаллизации и
вновь направляют в кальцинатор, где при нагревании паром через теплооб­
менную поверхность происходит удаление влаги, и получается «тяжелая»
сода, которая идет на механизированный склад соды в силосы-хранилища.
В составе механизировашюго склада соды имеется отделение упаковки соды
в мешки по 50 кг тяжелой соды и по 25 кг легкой соды.
Фильтрат — маточный раствор с вакуум-фильтров после отделения
бикарбоната натрия содержит около 11% хлористого аммония, образующего­
ся при реакции карбонизации, и около 5% хлористого натрия. Так как хло­
ристый аммоний не пользуется спросом, то раствор хлористого аммония и
I
22
хлористого натрия (фильтрат) направляют в отделение дистилляции для ре­
генерации аммиака, который возвращают обратно в процесс производства
на аммониза-циюрассола поваренной соли. С этой целью маточный раствор
после вакуум-фильтров обрабатывают при нагревании известковым моло­
ком:
2 N11,01 + Са(ОН>2 = 2ЫНз + 2 НгО + СаС12
(9)
Вьщеляющийся при этой реакции аммиак отправляют обратно в абсорб­
цию, а раствор хлористого кальция и непрореагировавшей поваренной соли
- дистиллерная жидкость является отбросом производства. Регенерация
аммиака протекает в отделении
дистилляции. Дистиллерная жидкость
направляется по трубопроводу на вечное захоронение в специальный шпамонакопитель («белое море»), расположенный за территорией завода.
Реакция получения бикарбоната натрия не идет до конца и поэтому в дистилперной жидкости, кроме хлорида кальция СаС^, содержится и неис­
пользованный хлорид натрия.
Qll!/
О писан и я'п ри нц и п и альн ая технологическая схема' производства
кальцинированной соды на Кунградском содовом заводе
С кл ад известняка . Джамансайский карьер добывает известняка 674,8
тыс.т в год. Доставляется 300 тыс.т известняка по железной дороге на рассто­
яние 255км. Известняк на склад поступает в вагонах-самосвалах (думпкарах).
Известняк из вагонов разгружается непосредственно в яму для хранения из­
вестняка. Затем известняк поступает в известково-обжигательную печь .
И звестково-обж игательная печь представляет собой установленную
вертикально на фундаменте шахту, снабженную подъемным механизмом скиповым подъемником, в верхней части - загрузочным устройством для за­
грузки известняка, в нижней части-вьцрузочным механизмом для выгрузки
обожженной извести. Шахта имеет вид полого цилиндра с сужением в ниж­
ней части. Производительность известково-обжигательной печи - 150t/h,
Обжиговая печь - противоточпая, природный газ с давлением 0,2 МРа (изб) и
температурой 30 °С и атмосферный воздух для сжигания газа подаются в
нижшою часть печи.
Движущийся в шахте сверху материал проходит последовательно три техно­
логические зоны: зону сушки и подогрева, зону обжига и зону охлаждения. В
зоне сушки и подогрева происходит сушка и нагревание известняка от тем­
пературы окружающей среды до 900 °С за счет тепла движущихся из зоны
обжига газообразных продуктов. В зоне обжига происходит горение топлива
и разложение известняка на известь и углекислый газ при температуре 10001200 °С. В зоне охлаждения температура извести снижается движущимся
снизу вверх холодным воздухом.
Газ известково-обжигательных печей с температурой 150 - 210 °С вы­
водится из верхней части печей с содержанием значительного количества
23
механических загрязпений-пыпи известпяка.
На выходе газа из печи уста­
новлен сепаратор № 1* где происходит грубая очистка газа от пыли.
Очищенный газ с давлением 0,007МРа и температурой 40° С вытяж­
ным вентилятором подается в отделение компрессии. Общее количество двуоксида углерода, получаемой в печах при обжиге известняка вместе с про­
дуктами сгорания топлива значительно больше, чем требуется по материаль­
ному балансу для восполнения потерь СОг в процессе карбонизации.
Обожженная известь с температурой 130-180°С выгружается из печи.
О тделение гашения.Обожжсннаяпоступаст в гаситель извести .В гаси­
тель для гашения извести подается теплая вода с температурой 60 СС.Теплая
вода, подаваемая в гаситель - это оборотная вода, поступающая из отделе­
ния дистилляции и абсорбции с давлением 0,ЗМПа и температурой 39°С и
нагретая до температуры 60° С в емкости теплая вода .
За время пребывания извести в гасителе происходит смешение негаше­
ной извести с теплой водой и протекает реакция гашения.
Известковое молоко с непогасившимися твердыми частицами посту­
пает в сортировочный барабан гасителя, где происходит окончательное
дробление и догашивание отдельных крупных кусков извести. В сортировоч­
ном барабане происходит предварительная очистка известкового молока на
внутренпем сите.
Известковое молоко с температурой 92° С, пройдя сквозь сито и отде­
ляясь от твердых частиц, выводится из конусообразного дна кож уха сортиро­
вочного барабана и пропускается для дальнейшей тонкой очистки через сито
известкового м о ло к а.
После удаления твердых частиц в сите молока очищенное известковое
молоко с температурой 92° С по лоткам поступает в емкости известкового
м олока
Из емкостей известковое молоко с давлением 0,52М Ра и температурой
92°С насосом подается по двум линиям в отделение дистилляции абсорбции
Некоторое количество известкового молока с температурой 92°С пода­
ется в емкость слабого известкового молока для приготовления известкового
молока в рассоле.
Твердые отходы, состоящие из некоторого количества свободной окиси
кальция и примесей, содержащихся в исходном сырье и отделенные от из­
весткового молока в сортировочном барабане гасителя
Песок и мелкие отходы гашения из сита молока подаются в бункер от­
ходов для последующего вывоза автомобилем в шламонакопитель.
С к л а д твер д о й соли .Рудник хлорнатрисвой соли "Барсаксльмсс"
Д обы ча соли 510 тыс. тп в год. Доставляется 400 ты с.т по железной дороге,
на расстояние 53 км.Склад твердой соли представляет собой тупиковый однопролстный склад на открытой площадке, сблокированный с участком солерастворения.Склад примыкает к железнодорожному пути, по которому до­
ставляется твердая соль в вагонах- самосвалах (думпкарах). Разгрузочный
ж елезнодорож ны й путь склада имеет отметку 0 ,0 0 0 т и рассчитан на одно24
.
/
|
временную выгрузку шести вагонов-самосвалов. Суточная потребность про­
изводства кальцинированной соды в твердой соли (в натуре) - 474,51/ д
(465,2m3/d).
Вдоль ямы для хранения твердой соли по оси предусматривается место
для размещения емкостей растворения соли участка солерастворения, где
производится выдача соли со склада с помощью крана .
Р астворения солн.Твердая соль со склада твердой соли с помощью
грейферного крана подается в емкость для растворения соли , где растворя­
ется водой, подаваемой насосом объемной подачей 78m3/h из емкости полу­
чением сырого рассола с содержанием 26,41 % NaCl.
В емкость подаются для растворения соли из отделения дистилляции и
абсорбции вода оборотная обратная и отработанный тощий раствор и в зим­
нее время предусмотрена подача пара низкого давления в .
Сырой рассол с температурой 44°С, концентрацией ( NaCI)-26,41% и
объемной подачей 101 m3/h рассол перекачивается в отделение очистки
рассола. О чистка рассола. Сырой рассол объемной подачей 84 m 3/h перека­
чивается в емкость для смешения .Сюда также подаются:
- раствор известкового молока в рассоле с содержанием Са(ОН)г-49.94нд.
объемной подачей l,5m 3/h, температурой 50°С;
- раствор кальцинированной соды с содержанием 50н.д. NajCCb объемной
подачей 2,5m3/h на температурой 55°С.
В реакторах происходит связывание ионов Ca’*nMg2* с образованием
нерастворимых соединенirijf\/lg(OH)2 и СаСОз.которые в виде шлама перио­
дически выпускаются в емкость шлама .Солевой) водный ) раствор промото­
ра с содержанием Р.А.М. 0,06% готовится в емкости для добавок .Далее
рассол с температурой 43°С поступает в отстойник в центральный цилипдр.
Очищенный рассол переливается в кольцевой желоб и поступает в ем­
кость для очищенного рассола.
Из емкостей очищенный рассол насосом объемной подачей 86 m3/h пода­
ется в бихарбонатное отделение, в известковое отделение для приготовления
раствора известкового молока в рассолс-Шлам с объемной подачей
26ш3/Ъподается в фильтр-пресс.
Карбонизация-П риготовлснный в отделении дистилляции и абсорбции
аммонизированпьбграссол поступает в бикарбонатное отделение для насы­
щения углекислым газом и получения бикарбоната натрия. Карбонизация
проходит в две стадии:
- 1 стадия в колонне предварительной карбонизации - промывной;
- 2 стадия в колоннах карбонизации осадительных .
Аммонизированный рассол с содержанием 22,98 % N aC l (масс.), 3,3 %
СОг (масс.) из отделения дистилляции и абсорбции с температурой 38-40 °С
подается в общий коллектор. Отсюда требуемое количество рассола направ­
ляется в верхнюю часть колонны . Эта колонна предназначена для предвари­
тельного частичного насыщения аммонизированного рассола углекислым га­
зом и для подготовки рассола к основному процессу карбонизации. При этом
25
в колонне растворяется отложения бикарбоната натрия, образовавшиеся в
период ее работы в качестве осадительной колонны карбонизации.
В нижнюю часть колонны через общий коллектор из отделения ком­
прессии подается промывочпый газ с содержанием С 0 2 не менее 40%
(масс.).
Проходя через колонну, аммонизированный рассол поглощ ает С 0 2 из
газа, при этом содержание СО: в газе падает в колоннах карбонизации про­
исходит третья стадия карбонизации, в результате которого образуются и
выпадают кристаллы бикарбоната натрия.
В процессе карбонизации жидкость разогревается до 60-65°С в результа­
те выделения тепла при протекании химических реакций. Для того, чтобы
снизить растворимость бикарбоната и получить более высокую степень ко­
лонны Суспензия, охлажденная до 28-32°С, отводится из нижней части колош 1ы карбонизации и самотеком, под давлением столба жидкости, находя­
щейся в колонне, поступает в емкость для соды . Из емкости для соды сус­
пензия направляется на фильтрацию.
Ф и л ь тр а ц и я . Полученная в колоннах карбонизации суспензия бикар­
боната натрия поступает на фильтрацию в фильтры соды . Фильтр соды
предназначен для разделения кристаллов бикарбоната натрия от маточного
раствора. При фильтрации на поверхности барабана фильтра одновременно
протекают следующие процессы:
- собственно фильтрация с образованием лепеш ки бикарбоната натрия;
- отсасывание маточной жидкости из образовавшейся лепеш ки бикарбо­
ната натрия (первая подсушка);
- промывка бикарбоната натрия;
- отсасывание промывной воды, подсушка бикарбоната натрия и его сня­
тие скребком;
- засасывание жидкости внутрь барабана для промывки ткани;
- вытеснение жидкости из барабана через ткань и продувка ткани сжа­
тым воздухом (регенерация т к а н и ).
При одновременном выполнении всех перечисленных операций на по­
верхности фильтра достигается благодаря разделению барабана фильтра на
ячейки камеры фильтрации. Далее влажный бикарбонат натрия подается в
отделение кальцинации.
Д истилляция
М аточный раствор после фильтрации суспензии
бикарбоната натрия на вакуум фильтрах
подается в верхнюю секцию- по­
догреватель дистиллятора маточного раствора, до температуры 65-75°С и
начинается разложение карбопата. По мере повыш ения температуры с 80 0 до
90 °С скорость разложения карбоната значительно усиливается. При подо­
греве маточного раствора выше 90°С почти весь диоксид углерода деаэриру­
ется.
Далее нагретая жидкость самотеком стекает в емкость известкования
(танк для предварительной подготовки извести) , где смеш ивается с извест­
ковым молоком, поступающим в емкость из известкового отделения.
26
Перед подачей маточного раствора в емкость для известкования важно,
чтобы содержание СО; в маточном растворе соответствовало допустимому
диапазону. Остатки диоксид углерода в маточном растворе расходуют из­
вестковое молоко, превращая СаО в СаСОз, тем самым связывая СО; При
смешивании известкового молока с подогретым маточным раствором проис­
ходит выделение свободного аммиака в результате реакции замещения меж­
ду хлористым аммонием и гидроксидом кальция (известковым молоком с со­
держанием общего СаО 170 н.д.).
Образовавшаяся газовая фаза направляется обратно в верхнюю сек­
цию дистиллятора .
Горячая жидкость из дистиллятора после отгонки
аммиака поступает в испаритель, откуда насосами поз_Ю405 a b откачивает­
ся в шламотвалы.
После охлаждения аммонизированный газ поступает в абсорбер для аммонизацни очищенного рассола.
Абсорбция. Очищенный рассол из отделения рассола, поглотив оста­
точный аммиак в хвостовом газе абсорбции в промывателе хвостового газа,
поступает в танк слабого аммонизированного рассола . Туда же поступает
слабый аммонизированный рассол из регенератора бихарбонатного отделе­
ния. Смешанный слабый аммонизированный рассол направляется на абсорб­
цию в абсорбер .После абсорбции слабый аммонизированный рассол направ­
ляется в отделение карбонизации.
К альцинации . Влажный бикарбонат из бикарбонатного отделения с
температурой 32°С подается в головную часть кальцинатора . Специальным
загрузчиком материалов, входящим в комплект кальцинатора, бикарбопат
подастся во внутреннюю часть кальцинатора, где происходит смешение
бикарбоната с возвратной (донной) содой, для уменьшения влажности
бикарбоната.
Кальцинатор легкой соды предназначен для получения легкой кальциниро­
ванной соды путем разложения бикарбоната при нагревании.
Кальцинированный газ, пройдя зону охлаждения конденсатора , охла­
ждается до температуры 45°С. Пары воды, содержащиеся в кальцинирован­
ном газе, конденсируются и собираются в нижней части конденсатора.
Образовавшаяся в кальцинаторе легкая сода поступает:
-в охладитель легкой соды ;
-на скребковый конвейер легкой соды для подачи в отделение тяжелой
соды.
В охладителе легкой соды охлаждается до температуры 70°С. Далее
легкая кальцинированная сода с температурой 70° С подается на упаковку в
отделение упаковки.
При необходимости легкую кальцинированную соду можно отправлять
на упаковку подъемно-транспортным оборудованием отделения тяжелой со­
ды.
Т я ж ел ая сода. Легкая кальцинированная сода с температурой 70°С из
отделения кальцинации подается в гидратор: - вращающийся цилиндриче­
ский барабан. Для получения моногидрата соды в гидратор подается вода .
27
Увлажненная легкая сода за время пребывания в гидраторе в результате ре.
акции гидратации превращается в крупнокристаллический влажный моно­
гидрат соды, который с температурой 92°С устройством для разгрузки из
гидратора подается в центрифугу для фильтрации от остаточной воды и
промывки кристаллов моногидрата.
Отфильтрованный и отмытый моногидрат соды поступает в кальцинатор
тяжелой соды , где в результате его нагрева происходит обезвоживание и об­
разуется тяжелая кальцинированная сода.
На I тонну продукционной кальцинированной соды образуется около 1 т
хлорида кальция и теряется до 0,5 т поваренной соли, так как эта соль из-за
неполноты использования её в технологическом процессе уходит вместе с
дистиллерной жидкостью в щламонакопитель.
Производство кальцинированной соды использует пар низкого и среднего
давления. Для получения пара предусмотрены котельные. Для обеспечения
производства и для питьевых нужд имеется станция подготовки питьевой и
технической воды (СППиТВ). Кроме того, для обеспечения потребностей
производства в обессоленной воде имеется дистилляциогаго-опреснигельная
установка (ДОУ). Для обеспечения производства оборотной водой в составе
завода предусмотрен водооборотный цикл (ВОЦ) с насосной.
1.Контрольные вопросы
1Значение кальцинированной соды для экономики.
2. Физико-химические свойства кальцинированная сода.
3.В каких отраслях применяется кальцинированной соды.
4.Способы получения кальцинированной соды.
5.Преимущество и недостатки аммиачного способа получения кальциниро­
ванной соды.
6 . Из каких этапов состоит аммиачная способ производства соды?
28
ГЛАВА И. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОДЫ АММИАЧНЫМ
СПОСОБОМ
Основное сырье содового производства - поваренная соль NaCl и
известняк С аС О з. Кроме того, используются вспомогательные материалы:
аммиак, суль-фид натрия, полиакриламид, соляная и серная кислоты,
железный купорос, ио-нообменные смолы
и топливно-энергетические
ресурсы: топливо, вода, пар, электроэнергия.
Поваренная соль
Поваренная соль широко распространенное полезное ископаемое в
твердом виде и в виде растворов - вод морей, озер, подземных источников.
Обычно в содовом производстве применяют рассолы, а не твердую соль. Это
часто со-пряжено с определенной выгодой, так как добьпа поварешюй соли
из
подземных
месторождений
путем
подземного
выщелачивания
значительно дешевле добычи твердой соли шахтным способом. Исключение
составляют поверхностные месторождения поваренной соли типа солончака
Барсакельмес и высох-ших соляных озер, так как добыча поваренпой соли
открытым (карьерным) способом
обходится дешевле, чем получение
рассолов подземным выщелачиванием. При подземном выщелачивании
необходимо бурение и обустройство скважин.
Кроме того, твердую соль используют и в тех случаях, когда она является
отходом другого производства, например, при получении хлористого калия
из сильвинита, добываемого шахтньш способом.
Пласты поваренной соли залегают среди осадочных пород. Глубина зале­
гания от 200 до 1000 м. Содержание поваренной соли колеблется от 70 до
99%.
Рассол должен иметь высокую концентрацию по хлористому натрию, так
как это положительно влияет на степень его использования, а это в свою оче­
редь уменьшает расход рассола и приводит к снижению расходов аммиака,
извести, пара, воды, электроэнергии на 1 т соды.
Температура рассола, получаемого при подземном выщелачивании 1015°С. При этой температуре насыщенный рассол содержит 317 г/л хлористо­
го натрия. Но для получения насыщенного рассола требуется длительное
время, так как чем ближе фактическая концентрация рассола к равновесной,
тем медленнее протекает процесс растворения. На практике поэтому исполь­
зуют рассолы, содержащие 306-310 г/л хлористого натрия, то есть не стре­
мятся достичь равновесной концентрации соли при данной температуре.
Рассолы бывают естественные и искусственные. Первые получаются в
результате растворения пластов камеппой соли подпочве!шыми водами. При
этом образуются подземные скопления рассола или соляные источники в
случае выхода рассолов на поверхность.
Искусственные рассолы получают путем подземного выщелачивания ка­
менной соли водой, специально подаваемой через скважину, или же путем
растворения в бассейнах добытой каменной поваренной соли.
29
Естественные рассолы содержат малые концентрации поваренной соли и
при использовании их предварительно донасыщ ают путем растворения допол-нительного количества твердой поваренной соли.
Вода в скважпны при подземном выщелачивании может подаваться само­
теком или нагнетаться насосами под давлением. В первом случае получае­
мый рассол надо выкачивать, а во втором - он может подниматься на по­
верхность и сам.
При подземном выщелачивании пробуривается скважина, в которую
опускаются две концентрически расположенные трубы. Зазор между пластом
и наружной трубой герметизируется путем цементирования. По центральной
трубе, опущенной в пласт поваренной соли, нагнетается вода, которая начи­
нает размывать пласт соли с образованием полости размыва. Образующийся
слабый рассол выдавливается на поверхность по наружной трубе и собира­
ется в бассейне.
В процессе растворения пласта соли более концентрированный рассол
собирается на дне полости, как более плотный, и поэтому на 2 -й стадии раз­
мыва пласта производят переключение подачи свежей воды или слабого рас­
сола на наружную трубу, а более концентрированный рассол выдавливается
через центральную трубу, опущенную во внутрь полости.
Спим* |
С та л и | |
Стали* | | |
Рис. 3 Три стадии подземного выщелачива­
ния поваренной соли.
I —начальная стадия вьпцелачлвалия
U - стадия постепениого размыва полости выще­
лачивания
III - стадпя окопчатсльпого размыва скваж ш ш .
На 3-ей стадии
происходит
значительный
размыв
камеры выщелачивания в
горизонтальном -"*73
Снаправлёнйи. Постепенно
камера приобретает вид и
форму
усеченного
конуса.
Поверхность
оголяемых
потолочных
осадочных
пород
постепенно
С >
увеличивается, часть их
вымывается рассолом, и
они падаю т вниз камеры
выщ елачивания, покрывая
дно и затрудняя процесс
дальнейшего <г^
(выщ елачивания.
В
результате чаще всего
происходит
обрушение
глинистых пород.
На рис. 3 представлены три стадии подземного выщ елачивания пова­
ренной соли. Степень использования поваренной соли из пласта при таком
I
I
способе подземного выщелачивания составляет всего лишь 10-15%. Макси­
мальная про-изводитсльность скважины 10-12 м5/час рассола.
Болес совершенным способом подземного выщелачивания является
способ гидровруба. В этом случае у основания соляного пласта при помощи
воды создают "вруб”, то есть размыв пласта в ширину до диаметра 100-120 м
и вы-сотой 3,5-4 м. Чтобы обеспечить растворение пласта соли вширь и
предохра-нить от растворения потолок образующейся камеры выщелачива­
ния, в скважи-ну вводят воздух или нефтепродукты, например мазут, кото­
рые всплывают над рассолом и образуют между потолком и жидкостью изо­
лирующий слой высотой 2-3 см, препятствующий растворению верхней ча­
сти пласта соли.
Слой мазута или нефти поддерживается высотой всего около 1 см. При
этом соль будет растворяться только в боковом направлении камеры. Подготов-ка скважины длится 1 , 5 - 2 год а После этого мазут откачивают и
начинают эксплуатацию скважины. При этом начинается растворение по­
толка камеры. Поверхность потолка большая и поэтому и производитель­
ность скважины уже намного больше 40 - 70 м3/час рассола.
При гидроврубе в ствол скважины опускают трп концентрические тру­
бы. Первая - наружная - обсадная труба служит для предохранения от осы­
пания ствола скважины и от проникновения в пласт соли подпочвенных вод.
Вторая труба диаметром 150 мм входит в пласт соли. Кольцевое простран­
ство между этими трубами цементируют. Во вторую обсадную трубу встав­
ляют еще одну концентрическую трубу диаметром 75мм. По кольцевым
пространствам поступают вода и пефть, а по центральной трубе на поверх­
ность выдавливается рассол. Трубы соединены вне скважины системой вен­
тилей 1-5. Для удаления пефти из скважины с помощью рассола открывают
вентили 4 и 5 и закрывают вентили 1-3.
Для обеспечения равномерности размыва кровли в камере оставляют не­
много нефти, в результате чего образуется «блуждающая пленка)). При воз­
никновении местного размыва потолка (кровли) нефть устремляется в обра­
зовавшееся углубление и предохраняет его от дальнейшего размыва до вы­
равнивания высоты по всей кровле.
При эксплуатации мощных соляных пластов ведут ступенчатое выщела­
чивание при одной скважине. Над врубом, расположенным у подошвы пла­
ста, размывают второй вруб примерно на середине высоты соляного пласта.
Применяется батарейный способ выщелачивания, когда бурят ряд сква­
жин недалеко друг от друга и размывают их до взаимного соединения вру­
бов. Воду затем подают через одну скважину, а рассол забирают через другие
скважины поочередно.
При добыче рассола методом гидровруба степень использования соли из
пласта достигает 30 % и более.
Рассол с рассолопромыслов подают на завод по трубопроводу. Трубо­
проводы для подачи рассола к заводам зарывают в земгао на глубину 1,5 - 2,0
м, то есть ниже зоны промерзания почвы.
31
На рис. 4 представлена схема подземного выщелачивания поваренной соли
способом гндровруба. Металлические трубы для защиты от коррозии покры­
вают битумом или используют метод катодной защиты. На всем протяжении
рассолопровода устраивают смотровые колодцы, у которых ставят краны
или клапаны для выпуска воздуха. Воздушные пробки затрудняю т перекачи­
вание рассола центробежными насосами. При большой протяженности рас­
солопровода из-за его большого гидравлического сопротивления устраивают
промежуточные запасные резервуары. На заводах рассол хранят в стальных
резервуарах емкостью до 5,5 тыс. м3. Для защиты от коррозии эти резервуа­
ры футеруют слоем бетона армированного стальной проволокой.
В том случае, когда геологические условия залегания глубинного пласта
соли не подходят для добычи способом подземного выщелачивания, то в
этих случаях соль добывают шахтным способом. Для этого создастся
вертикальный ствол - шахта глубиной до 500 м и затем производится
выработка пласта соли в горизонтальных направлениях. Добыча соли в
шахтах осуществляется с помощью специального комбайна, далее соль
погружается в вагонетки и поднимается на поверхность.
Как уже указывалось ра­
нее, сырьем для КСЗ явля­
ется садочная соль солон­
чака Барсаксльмес. В за­
сушливое
время
года
(поздняя весна, лето
и
часть осени)
садочная
соль находится непосред­
ственно на уровне поверх­
ности солонча-ка и
её
можно добы вать с помо­
щью экскаваторов и спе­
циального комбайна на
железнодорожной
плат­
форме.
Рис. 4 Схема подземно-
1-5-вентили па трубопроводах для воды, пефти и рассола,
6 —первая обсадная труба. 7—вторая обсадная труба
Однако эта садочная соль содержит значительное количество примесей
в виде других солей кальция, магния и др., а также механические примеси
грязи, нерастворимого остатка. Переработка такой соли затрудняет работу
32
отделения растворения соли и рассолочистки и приводит к перерасходу
химреагентов при очистке рассола.
В период дождей и снега (поздняя осень, зима и ранняя весна) слой
садочной соли покрыт слоем рапы. Глубина слоя рапы зависит от количества
выпавших осадков. Добыча соли в этот период затруднительна, так как в
прибрежной зоне толщина пласта садочной соли мала для ковша экскаватора,
а проезд к местам зазегания более мощных пластов садочной соли для
автотранспорта
практически невозможен. Для добычи соли во влажный
период часто применяют специальные комбайны, установленные на понтоне.
Рис.4а.Добьри месторождения поваренной соли Барсакелмес открытым
(карерным )способом.
В ряде мест садочную соль из рапы солончаков, соленых озер и лиманов
получают бассейным способом.
Получение соли бассейным способом дороже, чем добыча самосадочной
соли, так как это связано с необходимостью сооружения искусственных
бассейнов или приспособления для этой целп естественных углублений
почвы. Кроме того, грунт дна бассейнов должен быть с достаточно низкой
фильтрационной способностью.
При бассейном способе обычно сооружают бассейны трбх типов:
- подготовительные бассейны, в которые рапу закачивают для отстаи­
вания от механических примесей, от кристаллизующихся солей гипса и кар­
боната кальция и для повышения концентрации до насыщения в жаркое вре­
мя года.
- затем рапу перекачивают в запасные бассейны, в которых рапу храпят
до весны следующего года возможно более высоким слоем для уменьшения
степени разбавления выпадающими осадками.
- в конце апреля - мае следующего года рапу из запасных бассейнов пе­
рекачивают в садочные бассейны, где вскоре начинается садка соли, которую
прекращают в начале осени. Рассол откачивают обратно в солончак, а слой
садочной соли ломают и складывают в бурты трапецеидальной формы высо­
33
той 3-4 м па берегу для стекания рассола. В буртах происходит «вызрева­
ние» соли. В этот период соли магния и хлорид кальция стекают с рапой, так
как они сильно гигроскопичны и увлажняются влагой воздуха.
Возможпый вариант бассейной добычи поварешюй соли - выморажива­
ние из рапы. Это способ основан на том, что при температурах от + 0,15°С н
до минус 21,2°С из рапы выпадает кристаллогидрат NaCl 2НгО. Если его из­
влечь из рапы, то при температуре воздуха выше + 0,15°С он разлагается.
Максимальный выход безводной соли из насыщенного рассола примерно
2 0 % от сё начального содержания в исходном рассоле.
На 1т кальцинированной соды расходуется до 1,6 т поваренной соли или
около 5 м 3 насыщенного рассола. Поэтому содовые заводы строят вблизи со­
ляных месторождений.
С ильвинит
Сильвинит - это минерал, состоящий из двух солей - хлорида калия и
хлорида натрия NaCl KCI. Обычно при переработке сильвинита основной
задачей является получение хлорида калия - минерального удобрения, а хло­
рид натрия является отходом. Но иногда в производство вовлекается и хло­
рид натрия. В качестве примера можно привести добычу сильвинита в г. Бе­
резники (Россия), где производится комплексная переработка сильвинита с
получением хлорида калия на предприятии по добыче и переработке силь­
винита и получение кальцинированной соды из хлорида натрия - отхода пе­
реработки сильвинита на содовом заводе.
Рис.4б.Добычи Тюбегатанских сильвинитов ш ахтным способом.
В Узбекистане в Кашкадарьинской области имеется большое месторож­
дение сильвинитов —Тюбегатанскос, на базе которого строится завод калий­
ных удобрений. Добыча сильвинита может осущ ествляться как шахтным
способом, так и способом подземного выщелачивания. Выбор способа зави­
сит o r конкретных геологических условий залегания этого минерала: глубина
залегания, толщина (мощность) пласта, особенности расположения пласта
(горизонтальный пласт или наклонный), сейсмичность района и др. факто­
ров.
/
,
34
гтО Я
Добыча Тюбегатанских сильвинитов^^е^Госугцествлявй» шахтным
способом и в результате переработки, наряду с хлоридом калия^у^в}' полу­
ч а я и хлорид натрия. Однако для обогащения хлорида калия выбран флотацио 1Шый способ с использованием в качестве флотацишшых реагентов
аминов, что не позволяет использовать получаемую при этом поваренную
соль для пищевых целей.
Карбонатное сырье
Для получения углекислого газа и известкового молока применяют из­
вестняк и мел - С аС 03. Известняк болсс предпочтителен, так как мел по­
рист, гигроскопичен - впитывает много влаги, на испарение которой в из­
вестково-обжигательных печах расходуется дополнительное количество топ­
лива и снижается концентрация диоксида углерода в печном газе.
Плотность известняка 2400-2900 кг/м3, а сухого мела 1600-2000 кг/м3.
Мел сильнее растрескивается при обжиге, и он менее прочен, что ведет к
образованию мелочи, а это в сою очередь приводит к сильному росту гид­
равлического сопротивления шихты в известково-обжигательной печи, то
есть к росту энергетических затрат.
Состав известняка Джамансайского месторождения, поступающего на
КСЗ, в %: СаСОз - 95,0; СаО - 54,7; MgO - 0,72; S i0 2 + А120 3 + Fe^Oj - 0,42;
размер кусков - 50-100мм.
Рис.4в.Добычи известняк Джамансайского месторождения ,карерно взрывным способом.
Расход карбонатного сырья на 1 т кальцинированной соды в пересчете на
100%-ный СаСОз составляет 1,1-1,25 т. Обычно содовые заводы строят
вблизи месторождений поваренной соли и известняка. Известняк добывают в
карьерах открытой разработкой: бурят шурфы, в которые закладывается
взрывчатка, взрывают, а затем грузят в вагонетки и отвозят на дробильно­
сортировочную установку. Для обжига используют куски размером 40-120
мм. Поэтому полученную после взрыва породу подвергают сортировке. При
сортировке отсеивают крупные куски размером более 120 мм, которые
направляются на повторное дробление, среднюю фракцию транспортируют к
месту потребления по канатной дороге или по железной дороге, а мелкие
35
куски размером менее 40 мм используют в производстве строительных мате­
риалов или направляют в отвал.
Таблица 7. Примерные составы мела и известняка, в % мае.:
Мел
Компоненты
СаСОз
M gCOj
CaSO<
SiOi
Ғс20з+ AJ2O 3
н 2о
влажный
79.7
0.5
0.1
0.8
0.2
18,7
Сухой
98
0.62
0,13
1.0
0.25
-
Известняк
влажный
сухой
95
95.75
2,0
2.02
0,5
0,51
1,0
1,01
0.7
0.71
0,8
-
На некоторых заводах наименьший размер кусков известняка составляет
30 мм, а наибольший - до 150 мм.
В спом огат ельны е м ат ериалы
А м м иак. Как видно из химизма получения кальцинированной соды ам­
миачным способом, аммиак не является сырьём: он не входит в состав каль­
цинированной соды, а из хлорида аммония регенерируется с помощью из­
весткового молока и возвращается в процесс. Однако, на всех стадиях про­
ц есса в которых участвует аммиак, имеются некоторые его потери. Из-за
этого нарушается его баланс в цикле производства. Практические потерн ам­
миака зависят от конкретной технологической схемы производства, её аппа­
ратурного оформления, квалификации обслуживаю щ его персонала и степени
и зн ош етю сти оборудования и трубопроводов и составляю т примерно 5 - 1 0
кг/т кальцинированной соды.
Т опливо. В качестве топлива на больш инстве содовых заводов применя­
ется кокс, иногда высококачественный каменный уголь - антрацит. Для об­
жига карбонатного сырья в шахтных известковых печах требуется топливо с
малым содержанием летучих веществ, так как они накапливаю тся в верхней
зоне печи и не могут сгорать из-за отсутствия в этой зоне кислорода. Поэто­
му они уходят из печи в составе печного газа и загрязняю т трубопроводы,
аппараты и ком прессоры. Однако, следует иметь ввиду, что металлургиче­
ский кокс дорогое и дефицитное топливо. А нтрацит такж е имеется далеко не
везде и в нем больше нежелательных примесей, чем в коксе.
В последнее время в качестве топлива для обжига известняка начинают
использовать природный газ. Его достоинство - удобство транспортировки
по трубопроводам практически на лю бые расстояния. Недостатки примене­
ния природного газа - невозможность использования обычных известковообжига-тельных печей, работающих на твёрдом топливе, и пониженное со­
держ ание диоксида углерода в газе после извести о во- обжигательных печей
по сравнению с газом известково-обжигательных печей, работающих на
коксе. И з-за чего необходимо принимать специальные меры по повышению
36
концентрации диоксида углерода в печном газе, что требует дополнительных
капитальных затрат.
Расход условного топлива составляет 90 - 120 кг на 1 т соды.
Природный газ расходуется в содовом производстве и в котельных, где
получают пар для паровых кальцинаторов, в которых кальцинируют сырой
бикарбонат патрия, получают тяжелую соду, а также и для отгонки аммиака
в отде-лснии дистилляции.
Вода. На содовых заводах используется большое количество оборотной
воды для охлаждения жидкостей и газов в теплообменной аппаратуре. Обо­
ротная вода используется в водооборотном цикле многократно. Для этого е 6
после использования направляют на охлаждение в градирни и затем вновь
возвращают в технологический цикл. В связи с неизбежными потерями воды
в цикле на испарение, утечки и проливы, постоянно производят подпитку
цикла свежей водой. Вода расходуется на технологические нужды: приготов­
ление рассола, известкового молока, содового раствора, получение моногид­
рата соды в производстве тяжелой соды и т.д. Расходуется вода и в котель­
ных для получения пара. Вода для технологических нужд и для получения
пара проходит специальную водоподготовку.
Водяной пар. На содовых заводах пар используется как для технологи­
ческих нужд, так и для целей отопления производственных и бытовых поме­
щений. Пар может бьггь насыщенным и перегретым.
Насыщенный пар имеет ту же температуру, что и кипящая при данном
давлении вода. При его конденсации выделяется теплота кондснсащш. что
делает его хорошим теплоносителем. Перегретый пар ведет себя как обыч­
ный газ и только при понижении его температуры до состояния насыщения
он будет, конденсируясь, отдавать тепло конденсации. Поэтому для передачи
пара на расстояние по трубопроводам используют перегретый пар, а уже на
месте использования в качестве теплоносителя его превращают в насыщен­
ный пар.
Для привода паровых турбин углекислотпых компрессоров используют
перегретый пар, так как конденсация пара в этих устройствах недопустима и
ведет к их поломке.
2.Контрольные вопросы
1.Виды основного сырья содового производства.
2.Поварсннаясолъ и методы-*^ добычи.
---------------3.Известняк и его добы ча
4.Виды карбонатного сырья
5.Вспомогательные материалы.
37
X
'
1
ГЛАВА m . О Б Ж И Г К А Р Б О Н А Т Н О Г О С Ы Р Ь Я
Ф изико-хим ические основы обж ига карбонат ного сы рья
При обжиге карбонатного сырья (мела или известняка) получаю т углекис­
лый газ и негашеную известь:
СаСОз = СаО + С 0 2 -
Т е м п ер ат у р а окруж аю щ ей
среды в С
Рис. 5. Зависимость скорости раз­
ложения карбоната кальция от
температуры окружающей среды
( 10)
158,7 кДж
Реакция обжига известняка обра­
тима, и для смещения равновесия
вправо необходимо повышать темпе­
ратуру, так как эта реакция эндотер­
мическая, т.е. идет с поглощением
тепла, и понижать парциальное дав­
ление углекислого газа путем отвода,
образующегося углекислого газа из
зоны реакции. Для увеличения скоро­
сти реакции также необходимо по­
вышать температуру. Таким образом,
повышение температуры
положи­
тельно влияет и на статику и на кине­
тику процесса. Процесс разложения
известняка может протекать при
условии, когда парциальное равно­
весное давление углекислого газа бу­
дет выше фактического парциального
давления С 0 2 » в газовой фазе. Если
фактическое парциальное давление
С 0 2 больше равновесного, то реакция
пойдет в обратную сторону.
Таблица 8 . Зависимость равновесного парциального давления СОг
т °с
р*
800
3
840
311
881
603
891
684
894
716
898
760
950
1490
1000
2710 .
Обычно температура внутри куска меньше, чем на его поверхности, так
как прогрев куска идет с поверхности, и подводимое тепло расходуется на
эндотермический процесс разложения карбоната кальция. Поэтому, чтобы
внутри куска температура достигала 900°С, соответственно на его поверхно­
сти она долж на быть намного выше.
38
На рис. 5 представлена зависимость скорости продвижения границы
разложения куска известняка W от температуры обжига Т °С.
При температуре порядка 1150 °С мягкие условия обжига —образуется
пористая негашеная известь с высокой реакционной способностью.
При более высокой температуре начинает заметно протекать процесс ре­
кристаллизации извести - растет ее плотность и уменьшается ее реакцион­
ная способность, так как она хуже гасится водой. При температурах в зоне
обжига выше 1350"С мелкие зерна извести спекаются в большие кристаллы,
которые менее активны. Получается более плотная неактивная известь происходит «перекал» («пережог»). В связи с этим температуру в зоне обжи­
га не рекомендуется повышать выше 1200 °С. Известь, полученная при тем­
пературе 1400°С, практически вся неактивная и не гасится водой.
Если процесс обжига протекает с недостаточно высокой температурой или
куски известняка проходят через зону обжига, не успевая подвергнуться не­
обходимой степени обжига, то получается «недопал» («недожог»).
На рис. 6 представлена зависимость времени обжига ( т, ч а с ) от олщины
кусков ( d, см) и температуры обжига Т (°С).
«Перекал» (пережог) наблюдает­
ся в первую очередь у мелких кус­
ков. Это объясняется так: разложе­
ние протекает с поглощением тепла,
поэтому, пока оно не закончится,
куски не могут нагреться до темпе­
ратуры окружающего их газа, а мел­
кие куски разлагаются быстро и за­
тем подвергаются действию высокой
температуры.
Размер кусков известняка, как уже
указывалось ранее, составляет 40120 мм, а размер кусков кокса (топ­
ливо) - 30-70 мм. Более крупные
куски топлива не успевают сгореть в
печи, а мелкие куски проваливаются
в промежутки между кусками обжи­
гаемого известняка, опережая их при
6 . Зависимость времени обжига ( т,
движении шихты вниз.
час ) от толщины кусков ( d, см) и
При этом возрастает длина зоны
температуры обжига Т (°С).
горения, снижается температура в
зоне обжига, уменьшается доля тепла,
расходуемого на разложение карбонатов, и возрастают потери тепла с отхо­
дящими газами и выгружаемой известью. Увеличивается количество недода­
ла (недожог), повышается температура извести и количество несгоревшего
топлива.
39
В печах обжига известняка в качестве топлива преимущественно использу­
ется кокс, так как он получается коксованием высокосортного угля и при
коксовании из него удаляются нежелательные для содового производства
примеси или, как уже указывалось ранее, иногда применяют высококаче­
ственный уголь - антрацит,
В последнее время на некоторых новых заводах при обжиге известняка
стали использовать природный газ. На Кунградском содовом заводе также в
качестве топлива при обжиге известняка используется природный газ.
В печь обжига известняка загружают смесь кокса и известняка. Для пол­
ноты сгорания топлива нужен избыток кислорода, но с увеличением избытка
воздуха падает концентрация диоксида углерода в печном газе, а это не вы­
годно, так как растут диаметры трубопроводов и аппаратов, ухудшаются
условия карбонизации, растут расходные коэффициенты. Поэтому на прак­
тике избыток воздуха не превышает 5%. В результате сгорания топлива в
печи протекают реакции:
При горении топлива (кокса и особенно антрацита) выделяются летучие
чаще всего это углеводороды. Большая часть их не сгорает, а скапливается в
верхней зоне печи, где мало кислорода и ниже температура, то есть она ниже
точки их воспламенения.
-------С + Уг Ог= СО + 26,15 ккал
(15)
2С + 0 2 = 2 СО + 52,3 ккал
(1 6 )
С + Оз = СОг + 94,25 ккал
(17)
СО +
(18)
Уг Ch = С 0 2 + 68,1 ккал
СО, + С = 2СО - 37 ккал
(19)
2СО + 0 2 = 2 СОз + 136,2 ккал
(20)
)
В золе топлива содержатся окислы S i0 2, A I 2O 3 , ҒегОз, а в известняке со­
держатся сульфаты магния M gS 04 и кальция C a S 0 4 и иногда NaCl и др. при­
меси. При их взаимодействии с СаО образуются соединения, которые могут
плавиться в печи. Так СаОҒегОз плавится при 1225°С, 2 СаО ҒсзОз - при
1300°С, 2 FeO SiO j - при 1065°С, a CaO FeO 2 S i0 2 - при 1100°С. Кроме того,
могут образовываться ферриты, алюмосиликаты кальция и тугоплавкие си­
ликаты. Кремнезем S i0 2 взаимодействует с оксидом кальция при 7 0 0 - 8 0 0 °С с
образованием C a 0 S i0 2 - метасиликата кальция с температурой плавления
1540°С:
СаО + S i0 2 = CaO-Si02
40
(21)
Далее образуются полуторакальциевый силикат 3Ca0-2Si02 с темпера­
турой плавления 1475°С, двухкальцисвый силикат с температурой плавления
2130°С. При избытке оксида кальция двухкальцисвый силикат донасьпцается
с обра-зованием трехкальциевого силиката 3Ca0-Si02 с температурой разло­
жения 1900°С.
Реакции в системе СаО - Fe2Oj протекают при 800 - 900°С с образова­
нием монокальциевого феррита СаОҒегОз с температурой плавления 12251250°С и двухкальциевого феррита 2СаО ҒегОз с температурой плавления
1300-1325°С.
Возможно также образование ферросиликата кальция СаО- ҒеО- 2 S i02,
который плавится при температуре 1100°С.
Из этих данных видно, что оксиды железа и кремния являются вредными
примесями в известняке, а так же и в твердом топливе. Кроме того, оксид
железа FeO может взаимодействовать с шамотной футеровкой печи, в кото­
рой содержится до 60% кремнезема S i0 2.
Оксид железа FeO может образоваться в зоне обжига при восстанов­
лении ҒсгОз оксидом углерода СО, присутствующем в газе известковых пе­
чей.
Оксид алюминия (глинозём) реагирует с оксидом кальция в интервале
500-900°С. В начале образуется моноалюминат кальция СаО А1гОз, который
далее превращается в трехкальциевый алюминат ЗС а0 А120 3. Трехкальцие­
вый алюминат обладает способностью переводить известь в малоактивную
форму.
Соединения оксида кальция с оксидами алюминия и железа наиболее
легкоплавки и играют более важную роль в оплавлении извести, чем
кремнезём.С этими соединениями частично теряется известь СаО. Образу­
ющаяся жидкая фаза покрывает зерна СаО плотной коркой, которая затвер­
девает на выходе из зоны обжига. В дальнейшем при гашении такие куски не
гасятся водой.
Если в составе известняка имеется сульфат кальция, то в процессе обжига
он выполняет роль «плавня», понижая температуру образования жидкой фа­
зы. Кроме того, сульфат кальция существенно замедляет процесс гидратации
извс-сти.
Появление жидкой фазы (расплава) в печи грозит образованием "козлов”
(наростов) и образованием больших агломератов. Обрушение образовавших­
ся «козлов» может привести к механической поломке печи обжига. Куски из­
вести, покрытые пленкой затвердевшего расплава, при гашении не взаимо­
действуют с водой и отделяются от известкового молока как неактивная из­
весть. Эти куски должны быть подвержены размолу и только после этого
могут быть погашены.
Если в составе карбонатного сырья имеется карбонат магния - M gC 03, то
он в процессе обжига известняка подвергается разложению на СОг и MgO:
M g C 0 3 = MgO + С 0 2 - 111 кДж
41
(22)
Карбонат магния разлагается при более низких температурах, чем карбо­
нат кальция. Он мог бы служить сырьем для получения диоксида углерода с
меньшим расходом топлива на его получение, чем при обжиге известняка. В
таблице 9 пряведепы даипые по равновесному давлению диоксида углерода
над кар-бонатом магния в зависимости от температуры.
Таблица 9. Зависимость равновесного давления СО 2 над M gC O j,
р’ в мм рт. ст.
ТС
р*
447
10.5
487
12.9
517
15.5
597
31.3
557
21.1
677
61.2
727
316.5
747
602.5
"756
760
Однако, образующийся при обжиге карбоната магния, оксид магния не
пригоден для регенерации аммиака из фильтровой жидкости. Так как обжиг
известпяка протекает при более высоких температурах, чем это требуется для
обжига карбоната магния. В результате оксид магния получается неактив­
ным. Кроме того, гидроксид магния в 200 раз хуже растворим в воде, чем
гидроксид кальция, что не позволяет использовать гидрат окиси магния для
регенерации аммиака из дистиллерной жидкости.
Расход карбонатного сырья на 1 тонну стандартной извести составляет
1600 - 1750 кг при степени разложения карбоната кальция до оксида кальция
равной 91 - 95%. При обжиге в принципе можно достичь и более высокой
степени разложения, но делать этого не рекомендуется, так как это приводит
к увеличению расхода топлива и времени обжига, то есть к снижению произво-дителыюсти печи. Однако и снижать степень обж ига ниже рекоменду­
емой не следует, так как при этом ухудшается качество извести.
Технологическая схема отделения обжига известняка
с использованием кокса
Карбонат магния также как и карбонат кальция может быть использован
для получения углекислого газа, но оксид магния - не годится для регенера­
ции аммиака из хлористого аммония, так как в условиях высоких температур
обжига известняка получается перекал оксида магния, который в результате
очень плохо взаимодействует с водой (не гасится). Поэтому из него получа­
ются слишком разбавленные и легко расслаивающиеся суспензии.
Следует также учитывать, что оксид магния растворяется в расплаве и
даже понижает температуру образования жидкой фазы, выступая в роли
“плавня”. Л потому его присутствие в известняке способствует разрушению
огнеупорной шамотной футеровки печи.
Наличие влаги в сырье приводит к перерасходу топлива и воздуха, а следо-вательно разбавляет печной газ, понижая концентрацию СО 2. Теоретиче­
ски на разложение 100 кг СаСОз требуется 4,6 кг углерода. При этом будет
полу-чаться газ, содержащий 49,1% С 0 2. Однако наличие влаги в известня­
ке, потерь тепла поверхностью печи в окружающ ее пространство, неполнота
42
I
]
регенерации тепла выходящих из печи газов и обожженной извести, выхо­
дящих из печи с еще достаточно высокой температурой от 130 до 200°С,
требует значительно большего расхода топлива на обжиг. Данные о зависи­
мости концентрации диоксида углерода в печном газе от фактического рас­
хода топлива приводятся в таблице 10 .
Таблица 10. Зависимость концентрация печного газа от фактического
расхода топлива
Расход углерода
в кг/100 кг СаСОз
% СОг в газе
7
42
8
40
9
38.8
10
36,9
11
35,6
12
34.7
14
33,7
На рис. 7 представлена типовая технологическая схема отделения обжига
известняка (с использованием в качестве топлива кокса).
Карбонатное сырьё (известняк или мел) поступает чаще всего в вагонетках
4 обычно по воздушной канатной дороге. Перед подачей карбонатного сы­
рья в печь в каждую вагонетку добавляется отвешенная порция твердого
топлива (кокса или антрацита). Полулегшая таким образом шихта загружает­
ся в известково-обжигательную печь 6 специальным загрузочным механиз­
мом 5. Обожженная известь выгружается из печи с помощью выгружного
механизма 9 и с помощью кольцевого ковшового транспортера 7 подается в
два бункера 8 . Один из бункеров служит для хранения негашеной извести, а
другой используется для расходования извести на приготовление известко­
вого молока. Воздух, необходимый для горения топлива подастся в печь с
помощью вентилятора высокого давления (на схеме не показан).
Газ из печи поступает в общий коллектор 3. В коллекторе оседают
к рути те частицы пыли. Для удобства чистки газоход имеет уклон или зигза­
гообразную форму. В нижних изломах такого газохода имеются штуцера или
пылесборники, через которые удаляется осевшая пыль.
Для защиты углекислотных компрессоров от попадания пыли печной газ
охлаждают и тщательно очищают от пыли. Для этого газ вначале поступает в
сруббер-промыватель печного газа 2 , орошаемый оборотной водой, а затем
поступает в электрофильтр 1, где происходит удаление мельчайших частичек
пыли и тумана - мельчайших частичек влаги. Охлажденный и очищенный
печной газ направляется на компрессию, где сжимается и далее поступает на
карбонизацию.
43
Печи обжига известняка
Основные элементы конструкции известково-обжигательной печи: шах­
та, загрузочпый и разгрузочный механизмы. Шахта - вертикальный ци­
линдр диаметром от 2,3 до 8 метров.
Высота шахты в зависимости от ее производительности может быть от
12,3 до 36,6 м.
С увеличением диаметра печи растет её производительность, но ухудша­
ется равномерность распределения шихты и воздуха по сё поперечному се­
чению. С другой стороны с увеличением высоты печи возрастает время кон­
такта фаз и уменьшаются потери тепла с уходящими газами и выгружаемой
нега-шеной известью, что снижает расход топлива и повышает концентра­
цию диоксида углерода в печном газе, но одновременно растет гидравличе­
ское сопротивление, то есть возрастает расход энергии.
При диаметре печи более 3,5 метров цилиндрическая форма шахты внизу
печи переходит в форму усеченного конуса с целью более равномерного
распределения газа по сечению печи. Печь с диаметром 6,2 м и с высотой
22,6 м имеет производительность 300-310 т/сутки стандартной 85%-ной
извести СаО.
К футеровке печи предъявляются следующие основные требования: огне­
стойкость, химическая стойкость и механическая прочность. Футеровка печи
выполняется из огнеупора - шамота, содержащего 40% оксида алюминия
(глинозема) и 60% оксида кремния (кремнезема). Огнеупорность шамота 1580-1770"С. Применяют для футеровки также и хромомагнезитовый кирпич
с огнеупорностью до 2000°С.
При больших размерах печи не только низ, но и верх делаются в форме
усеченного конуса. Это улучшает распределение воздуха и шихты в попе­
речном сечении печи.
Наружная часть шахты выложена обычным красным кирпичом. Между
красным кирпичом и огнеупорным имеется зазор в 25 мм. заполненный теп­
лоизоляционной прослойкой или дробленым шамотом. Это дает возможность
огнеупорной кладке свободно расширяться при нагревании без образования
трещин.
На рис. 8 представлена типовая известково-обжигательная печь с использо-ванием твердого топлива.
Снаружи печь имеет стальной кожух толщиной 12 мм. Между стальным
кожухом и кладкой печи также имеется зазор в 60 мм, заполненный битым
шамотом. Необходимость этих зазоров объясняется разными коэффициента­
ми температурного расширения примененных конструкционных материалов.
Зазоры также играют роль допошпггельной тепловой изоляции, так как воз­
дух является плохим проводником тепла. Шахта печи опирается на чугунное
кольцо,расположенное на 8 -ми опорных колоннах, которые стоят на бетон­
ном фундаменте. Сверху к железобетонному своду крепится загрузочное
устройство. Долговечность работы футеровки известковой печи зависит не
только от соблюдения норм технологического режима, но и от порядка вве45
дения печи в эксплуатацию при первичном пуске и после ремонта. Перед
пуском футеровка должна быть тщ ательно просуш ена. Суш ка длится Ю-15
суток при постепенном повышении температуры от нормальной до 500°с
Для этого на выгрузочном устройстве, засыпаш ю м известью, разжигают костер. После сушки печь охлаждают и появивш иеся на футеровке трспшнц
заделывают огнеупорной замазкой. После этого приступаю т к розжигу печи.
На дрова и кокс, загруженные на подушку из извести, кладут шихту, обо­
гащенную топливом (до 50% топлива), и дрова поджигают. Вначале печь р».
ботаст на естественной тяге, затем постепенно в нес подаю т дутье, доводя его
до нормального, и включают разгрузочное устройство. Выключение разгру­
зочного устройства для регулировки выгрузки запрещено во избежание по­
ломки приводного механизма.
При остановке печи она отключается от газового коллектора и соединяет­
ся с атмосферой. Затем загрузку печи прекращ аю т и замедляю т отбор изве­
сти для предохранения разгрузочного устройства от высокой температуры.
Для равномерного распределения воздуха по сечению печи необходимо,
чтобы гидравлическое сопротивление шахты в поперечном сечении печи
было одинаковым. Чтобы достичь этого необходимо равномерно
распределять по сечению печи куски разного размера. И нужно чтобы
верхний уровень загружаемого материала был близок к горизонтальному.
Шихта из вагонеток поступает в загрузочную воронку, которая прикрыва­
ется снизу конусным затвором, предохраняющим рабочее помещение от
проникновения горячего печного газа, который к тому же содержит угарный
газ СО. При опускании конусного затвора ш ихта из загрузочной вороши
попадает в промежуточный бункер, который закрыт конусным затвором и
распредели тельным конусом.
Основание распределительного конуса срезано таким
образом, что
линия среза образует спиральную линию.
С укороченной стороны
распределительного
конуса
прикреплен изогнутый стальной лист отбойник. При опускании конуса шихта из промежуточного бункера
попадает на поверхность конуса. Куски скатываются по длинной стороне и
попадают ближе к периферии печи, а по укороченной стороне отбрасываются
отбойником ближе к центру печи. За с ч ё т различной длины образующей
конуса и наличия отбойника шихта разбрасывается по всему сечению печи.
Для расширения разброса шихты между конусом и уровнем шихты в печи
поддерживают расстояние около 1,5 - 2,0 м. Распределительный конус,
кроме этого, после каждой загрузки поворачивается на 60°. Иногда и
воронка тоже поворачивается на 60°.
Для предотвращения проникновения газа из печи в рабочее помещение
во время опускания верхнего конуса газ из промежуточного бункера 3 (рис.
9) отсасывается специальным вентилятором.
46
Рис. 8 . Известково-обжигательная печь; работающая на коксе
1 - опорная колонна. 2- зазор с теплоизоляционной прослойкой; 3 - кладка
красного кнршсча; 5- загрузочное устройство; 6 —общий коллектор; 7шахта печи; 8- выгружное устройство; 9- фундамент.
47
*
На рис. 9 представлено загрузочное устройство известковобжигательной печи.
Для выгрузки извести печь спабжепа выгрузочным устройством, которое
должно обеспечить равномерную выгрузку извести по всей периферии печи,
что обеспечивает равномерпую работу печи по всему её сечению. Основная
часть устройства —это улита —чугунная отливка с винтовой поверхностыо
по форме напоминает усеченный конус с вершиной обращенной кверху. При
медленном вращении со скоростью 0,5-2 об/час известь скользит по ней вниз,
как бы вывипчиваясь из шахты печи. Улита леж ит на 8 роликах, опираясь на
них стальным кольцом и катится по круговому рельсовому пути. Вращается
улита с помощью коническо-цилиндрической передачи, связанной с элек­
тродвигателем.
Известь по периферии выгружается на неподвижный кольцевой стол, с ко­
торого по мере накопления ссыпается на круговой транспортер, при враще­
нии которого она сбрасывается неподвижным ножом в течку. Затем лопаст­
ной выгружатель - трефель направляет известь на ленточный транспортер и
далее на ковшовый транспортер.
По оси улиты имеется полый вал, накрытый сверху колпаком, предот­
вращающим попадание в полость вала извести. В полый вал подается воздух,
а часть воздуха подается по периферии улиты.
В новых печах вместо улит стали применять валковые выгружатели. В
этом случае круглое сечение шахты печи в зоне охлаждения постепенно
сужается и переходит в квадратное сечение по размерам выгружателя. Вал­
ковый выгружатель состоит из двадцати зубчатых валков, вращающихся по­
парно один на встречу другому, что способствует разрушению сварившихся
кусков материала, а в печах с улитой это приходится выполнять вручную.
Под валками расположен приемный бункер извести, в который подается
воздух.
Воздух проходит между валками по всему сечению печи, что способству­
ет более равномерному распределению его по сечению шахты, чем при пе­
риферийной подаче воздуха в случае применения улиты. Н а рис. 10 показа­
но устройство валкового выгружателя.
Известь по периферии выгружается на неподвижный кольцевой стол, с
которого по мере накопления ссыпается на круговой транспортер, при вра­
щении которого она сбрасывается неподвижным ножом в течку. Затем лопастпой выгружатель - трефель направляет известь на ленточный транспор­
тер и далее на ковшовый транспортер.
Валковый выгружатель надежен в работе, прост в обслуживании и ре­
монте и весит примерно в 4 раза меньше улиты.
Съём стандартной извести с 1 М' сечения печи составляет от 7 до 13 г в
сутки в зависимости от качества сырья, конструкции и размеров печи, интен­
сивности обжига и соблюдения норм технологического режима.
«Козлы», приставшие к внутренней стенке печи, удаляют механическим
дроблением их сверху. Ремонт выгрузочного устройства разрешается про■
У
Р
'
1
48
(
.
t
изводить после осмотра футеровки и удаления подлежащих замене кирпи­
чей. Осмотр футеровки начинают сверху, чтобы предотвратить травмы при
случайном выпадении кирпичей из поврежденной футеровки. Осматривать
внутреннюю часть печи можно только после выгрузки всей извести и охла­
ждения печи до температуры не выше 30°С.
При ремонте коллектора газа из­
вестковых печей необходимо вначале
продуть коллектор воздухом для уда­
ления из него печного газа, содержа­
щего диоксид углерода и азот.
Для проведения работ внутри
коллектора необходимо получить
письмен- <Qz '
Снбе распоряжение администрации
цеха. Работаюпше внутри коллекто­
ра или внутри закрытых емкостей и
глубоких ям должны использовать
шланговый противогаз. При ремонте
печь изолируют от коллектора газа
известковых печей газонепроницае­
мой заглушкой.
Загрузочная площадка верха пе­
чей должна быть открытой во избе­
жание накопления диоксида углеро­
да. При уменьшении отбора газа из
печей избыток его должен быть от­
веден в атмосферу.
известково-обжигательной печи
В случае полного прекращения
1- загрузочная воронка; 2 - конусный
отбора печного газа весь печпой газ
затвор; 3 —промежуточный бункер;
следует сбрасывать в атмосферу.
4 - распределительный конус
В производстве строительных материалов для обжига известняка начали
применять шахтные печи обжига, использующие в качестве топлива
природный газ. Следует отметить, что концентрация диоксида углерода в
печном газе в этом случае значительно ниже, чем в шахтным печах на
твердом топливе и составляет всего 25-26%. Газ такой концентрации не
годится для использования в карбонизации аммонизированного рассола.
Однако
в производстве стро-итсльной извести концентрация диоксида
углерода в печном газе не имеет значения, так как печпые газы не
используются, а выбрасываются в атмосферу через дымовые трубы.
Таблица 11. Показатели шахтных известковых печей,
49
использующих твердое топливо
Единица
измерения
Показатель
Внутренний диаметр цилиндрической части
печи
Высота шахты, общая
Производительность печп (85% СаО)
Съем 85%-ной СаО
Содержание СаСОэ в сухом сырье
Содержание в отходящем газе
СОг
О:
СО
Температура отходящих газов,
Содержание СаОсмбоакои в извести
Степень обжига карбонатного сырья
Удельный расход условного топлива (на
тонну 85% -пого СаО)
Удельный расход 100%-ного СаСОэ
(на тонну 85% -ного СаО)
1
Печи
2
3
± :
7
160
9,25
95
6.2
22.5
300
9,93
94
6.2
27 0
450
14.9
93
%
%
33,4
1,0
3.0
164
79,4
94,1
40,4
0,4
1.6
93
77.8
90.1
40,6
1,0
1.7
97
74.7
90,1
кг
188.2*
127,3
138
кг
1623
1720
1744
м
м
т/сут
т/м ^сут
%
% об.
°с
* ) Примечание - повышенный расход топлива объясняется использованием в
качестве сырья мела с влажностью 13-14%, масс.
.1
Вслед за промышлен­
ностью строителъпых ма­
териалов шахтные печи
для обжига известняка на
природном газе начали
применять и в производ­
стве
кальцинированной
соды. Однако внедрение
такого способа обжига
известняка в производ­
стве соды сопряжено с
поисками путей повыше­
ния концентрации диок­
сида углерода в печном
газе.
Р и с . 10. У с т р о й с т в о в а л к о в о г о в ы г р у ж а т е л я . 1 - рас­
секатель, 2 — подгпнпннк; 3 — стенка печи; 4 — зубчатая
насадка: S - вал
50
Устройство
извест­
ково-обжигательной пе­
чи, работающей на природпом газе, представ­
лено на рис. 11 .
Возможные пути
повышения концентрации диоксида углерода в печном газе - это использо­
вание сорбционных процессов:
- абсорбция - десорбция,
- адсорбция - десорбция.
При использовании процесса абсорбция - десорбция выбирается абсор­
бент - жидкость, которая хорошо поглощает диоксид углерода. Печной газ
проходит через абсорбер, в котором поглощается диоксид углерода при по­
вышенном давлении, а затем насыщенный диоксидом углерода абсорбент
направляется в дссорбср, где за счет понижения давления происходит выде­
ление концентрированного диоксида углерода. Процесс абсорбции - десорб­
ции протекает в непрерывном режиме.
Рис. 11. Известково-обжигательная печь работающая на природном газе
а- общий вид печного комплекса с разрезом печи, б- газогорслочное устройство; в-двухклапанн ы й загрузочный механизм
1-дымосос, 2- циклон; 3- ды м оход 4- шахта печтг, 5- дымовая выхлопная труба; 6устройство для загрузкп известняка, 7- механизм для открытия и закрытия клапа­
нов; 8- механизм поворота чашп; 9- верхний клапан; 10- чаша, 11- скиповый
подъеминк; 12- дутье первичного воздуха; 13- газораспределительное устройство
с фурменными горелками; 14- разгрузочпый механизм; 15- дутье вторичного воз­
д у х а 16- конвейер сырья; 17- ппжштй клап ан 18- бункер сырья; 19- канал возду­
х а 20- запштпый грибок; 21,22- каналы горючего газа.
51
В качестве абсорбента возможно использование мопоэтаноламина и nnv
гих органических растворителей. Однако, применение органических раство­
рителей для абсорбции ограничивается их токсичностью в случае, если из
кальцинированной соды предполагается далее получать пищевую соду
(бикарбонат натрия).
При использовании процесса адсорбция - десорбция подбирается подхо­
дящий твердый адсорбент с хорошей поглотительной способностью по диок­
сиду углерода. В адсорбере при повышенном давлении идет поглощение ди­
оксида углерода, а затем при снижении давления происходит десорбция концентрированпого диоксида углерода. Для организации непрерывного режима
работы в технологической схеме концентрирования печного газа должно
быть несколько адсорберов, так как они работают в периодическом режиме
(адсорбция - десор-бция в одном и том же аппарате).
В качестве адсороентов могут использоваться силикагель, алюмогель,
активированный уголь, или цеолиты. Кроме того, печной газ перед подачей
в установку концентрирования необходимо подвергать тщ ательпой осушке,
так как влага также адсорбируется , но для её удаления необходимо прово­
дить регенерацию горячим инертным газом с температурой до 200“С. Если
этого не производить, то адсорбенты насыщаются влагой из печного газа и
теряю т свою поглотительную способность.
Следует учесть, что при концентрировании печного газа с применением
сорбционных процессов не весь печной газ идет через абсорберы и десорберы. Часть печного газа идет мимо установки концентрирования и затем
смешивается с концентрированным газом, выходящим из установки концен­
трирования. В результате такого смешения получаю т газ с концентрацией
диоксида углерода необходимой для подачи в среднюю часть карбонизаци­
онных колонн. Доля печного газа, идущего через установку концентрирова­
ния, определяется расчетным путем.
Другой путь повышения концентрации диоксида углерода в печном газе это использование воздушного дутья обогащенного кислородом. В этом слу­
чае концентрация диоксида углерода повышается за счет уменьшения доли
азота в дутье.
Технологическая схема отделения обжига известняка на КСЗ
Как уж е указывалось ранее, в связи с отсутствием в Узбекистане кокса, в
качестве топлива для обжига известняка на КСЗ предусмотрено использова­
ние природного газа.
Таблица 12. Состав природного газа
Компо­
нент
метан
СН4
этап
СзЩ
пропан
СзН 8
бутан
С 4Н 10
пептап
CsHio
диоксид
углерода
СО 2
азот
N2
%. объёме.
92,94
3.05
0.7
0,38
0,17
2 ,0 2
0.74
52
При сжигании природного газа в известковой печи возможно протекание
следующих реакций :
СН 4
+ 2 02
= СОг
+ 2НгО + 802 кДж
(23)
СНд
СО
+ 1,5 0 2
+ 0,5 О2
= СО + 2Н20 + 520 кДж
= С 02
+ 519,92 кДж
(24)
(25)
Из чего видно, что основными продуктами горения являются диоксид
углерода и водяной пар. В составе природпого газа имеются гомологи
метана: этан, пропан и бутан, которые сгорают с образованием тех же
продуктов реакций, что и при горении метана.
Кроме того, следует знать, что метан и его гомологи при высоких
температурах могут разлагаться на углерод и водород (особенно
при
недостатке кислорода):
СНд = С
+
2Н 2
(26)
Выделяющиеся при разложении углеводородов углерод и водород в
условиях избытка воздуха окисляются кислородом воздуха до диоксида
углерода и водяного пара.
Существенным недостатком технологического процесса обжига
известняка с использованием в качестве топлива природного газа является
высокое содержание водяных паров в печном газе, которые образуются при
сжигании углеводородов (метана и его гомологов). Как видно из
приведенных реакций, на каждый моль диоксида углерода образуется два
моля воды.
Известняк поступает на склад в вагонах самосвалах (думпкарах) и
выгружается с повышенного пути в яму для хранения. В яме имеется
одноковшовый гусеничный погрузчик, который формирует бурт известняка в
ямс. Из ямы известняк подается мостовым электрическим грейферным
краном грузоподъёмностью 10 т в расходные бункеры. Бункеры имеют
конические днища.
На рис. 12 представлена технологическая схема отделения обжига
известняка наКСЗ.
Известняк из бункеров подается через шиберы вибрационными
питателями с электромагнитным приводом производительностью 25 м3/час
известняка на ленточный конвейер поз. V0207.
С ленточного конвейера поз. V0207 известняк поступает на реверсивный
ленточный конвейер поз. V0208 производительностью 35 т/час. С
реверсивного ленточного конвейера известняк поступает в бункеры камней
поз. Ғ0201а,в с коническими днищами. На выходе из бункера камней поз.
Ғ0201а,в известняк поступает в лотковый питатель поз. V0201a,B, с
которого подается на весы поз. V0202a,B. Весы отвешивают разовую порцию
3 т известняка, который далее подастся в печь поз. В020!а,в.
53
Известково-обжигательная печь поз. В0201а,в - вертикальная шахтв
установленная на фундаменте, снабженная скиповым подъемником. Вверху
печи имеется загрузочное устройство, внизу - разгрузочное устройство
Ш ахта - полый цилиндр с сужепием в нижней части. Корпус состоит из
кладки нескольких слоев огнеупорного кирпича и стального кожуха. Кладка
шахты печи состоит из внутреннего защ итного слоя - футеровки и
наружного - теплоизоляционного. Футеровка печи
- из огнеупорного
кирпича,
обладающего высокой огнеупорностью , малой пористостью
достаточной прочностью и термостойкостью . Производительность печи 150
т/сутки, внутренний диаметр 3,33 мм, общая высота 22,181 м.
Отвешенная порция известняка
поступает в ковш поз. 101.1а,в
скипового подъёмника печи и подаётся в приёмный бункер загрузочного
устройства печи поз.202.1а,в. Скиповый подъёмник оборудован концевыми
выключателями. При достижении ковшом поз. 101.1 а/в конечного верхнего
положения
останав-ливается электродвигатель М10101 горизонтальной
лебёдки поз. 101.2 а/в
и начинается выгрузка известняка в приёмный
бункер загрузочного устройства поз. 202.1а/в. При достижении пустым
концом
ковша нижнего конечного положения
останавливается
электродвигатель М 10101 и начинается заполнение ковш а известняком.
Из приёмного бункера загрузочного устройства поз. 202.1 а/в известняк
подаётся в приёмный бункер подачи известняка поз. 202.3а,в. Из бункера поз.
202.1 а/в известняк равномерно подаётся в печь и обжигается горящим
природ-ным газом. Обжиговая печь противоточного типа - известняк
поступает сверху и постепенно продвигается вниз печи, а природный газ с
давлением 0,2 МПа и температурой 30°С и воздух подаются в нижнюю часть
печи. На линии подачи природного газа установлен фильтр.
Известняк в печи проходит три зоны: зону сушки и подогрева до 900°С,
зону обжига, где температура известняка 1000-1200°С и зону охлаждения.
В зоне сушки и подогрева происходит сушка и нагрев известняка от тем­
пературы окружающей среды до 900°С за счёт тепла движущ ихся из зоны
обжига горячих газов.
В зоне обжига происходит горение природного газа и разложение
известняка на известь и диоксид углерода при температуре 1 0 0 0 - 1 2 0 0 °С. В
зоне охлаждения температура извести снижается за счёт поступающего
снизу холодного воздуха, подаваемого в печь для сжигания природного газа.
Печь оборудована центральной газовой горелкой и 12-ю периферийными
горелками, установленными в два ряда по 6 в каждом ряду.
54
55
Рис 12.0тделение обжига. Схема материальных потоков.
Воздух для горения в периферийные горелки подается вентилятором W»i
поз. J0201a,B с давлением 0,0041М Па. В центральную горелку воздух
подаётся вентилятором № 2
поз. J0209a,B с давлением 0,0041 МПа. В
периферийные горелки газ подается также вентилятором рециркуляционного
газа поз. J0201a,B с давлением 0,0046 МПа.
Рециркуляционный газ в центральную горелку подаётся воздуходувкой
№ 2 поз. Д0209а,|Вводимый в горелки рециркуляционный газ представляет
собой часть отходящих печных газов, обогащ енных диоксидом углерода, и
служит для разбавления природного газа с целью уменьшения пределов
взрываемости топливной смеси и снижения температуры горения, то есть
для предотвращения опасности «перекала» извести и перегрева горелок.
При достижении предельной максимальной температуры в центральной
горелке печи для предотвращения повреждения горелки из-за высокой
температуры срабатывает блокировка и прекращается подача природного
газа в печь.
Печной газ выходящий из верхней части печи
содержит диохеид
углерода, водяной пар, азот и пыль известняка. Этот газ выходит из печей с
температурой 150-210“С и направляется в сепаратор №1
поз. Ғ0203а,в
грубой очистки от пыли (циклон). Очищенный в циклоне газ далее проходит
через холодильник поз. С0201а,в, где охлаждается до 150°С атмосферным
воздухом от воздуходувки поз J0 2 10а,в. Холодильник газа - вертикальный
цилиндрический кожухотрубный аппарат. Предусмотрена байпасная линия
газа известково-обжигатсль-ных печей минующая холодильник газа поз.
С0201а,в.
Далее печной газ с давлением 0,0116 МПа и температурой 150°С вытяж­
ным вентилятором
№ 2 поз. J0208a,B
подаётся в обеспыливатель матерчатый фильтр поз. Ь0207а,в, где происходит тонкая сухая очистка газа
от пыли. Обеспыливатель - матерчатый фильтр со встряхивающим
механизмом
и выгрузочным устройством. Запылённый газ поступает в
очистительную камеру и проходит через фильтровальную ткань. По мере
увеличения слоя пыли на поверхности ткани растет его сопротивление и
поэтому осевшую на ткани пыль через определёш ш е промежутки времени
удаляют
путём одновременного механического встряхивания ткани и
обратной продувки ткани воздухом.
При достижении предельного максимума температуры автоматически
открывается арматура на линии подачи атмосферного воздуха в линию всаса
вытяжного вентилятора № 2 поз. Д)208а/в. Регулирование температуры газа
известково-обжигательных печей, поступающего в обеспыливатель поз.
Ь0207а/в, осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя
охлаждающей воздуходувки поз. J0 2 10а/в, подающей воздух на охлаждение
газа известково-обжигательных печей в холодильнике газа поз. С0201а/в.
Пыль из сепараторов и обеспыливатслей поступает в пылеуловитель поз.
F0209. Пылеуловитель - аппарат с коническим днищем. Из пылеуловителя
пыль винтовым конвейером поз. V0209 подаётся в пластипчатый конвейер
извести поз. V0203.
56
После обеспыливателя поз. Ь0207а/в газ известково-обжигательных печей
с давлением 0,001 МПа и температурой 150'С поступает в скруббер поз.
Е0201 а/в для удаления оставшейся пыли и охлаждения.
При необходимости газ после пылеуловителя может выбрасываться через
выхлопную трубу в атмосферу. Предусмотрен трубопровод выброса печного
газа через выхлопную трубу, минуя обеспыливатель.
В скруббере поз. Е020la/в идет промывка газа водой на трёх ситчатых
тарелках. Газ в скруббер поступает снизу, а сверху подаётся охлаждённая
вода с давлением 0,2МПа и температурой 32°С насосом воды №2 поз.
J206a/B. Температура загрязненной воды на выходе из скруббера поз.
Е0201а/в - 40°С.
Грязная вода стекает в область отстаивания приямка поз. F0205. После
отстоя вода с температурой 40°С переливается в область тёплой воды
приямка для рециркуляционного использования. Оттуда насосом №1 поз.
J0205a/B теплая вода подастся в охладитель воды поз. С0202 и после
охлаждения с температурой 32°С возвращается в область холодной воды
приямка. Затем охлажденная вода насосом №2 поз J0206a/e подаётся в
скруббер поз. Е0201а/в.
Охладитель воды поз. С0202 оборудован вентилятором. Охлаждающая
вода из сети оборотной воды с давлением 0,4 МПа и температурой 28°С
подаётся в область холодной воды приямка для подпитки системы.
Очищеш!ЫЙ газ из скруббера с температурой 40°С поступает в сепаратор
№2 поз. F0204, где отделяются капли воды. Сепаратор - цилиндр с
эллиптическими крышкой и днищем. Отделившаяся вода выводится в
дренаж.
Состав печного газа : С 0 2 - 25,89%, 0 2 - 3,7%, N 2 - 62,89 %, Н20 7,52%. Далее очищенный газ с давлением 0,007 МПа и температурой 40°С
вытяжным вентилятором № 1 поз. J 0 2 0 2 a/B
подаётся на установку
концентрирования в отделение компрессии.
Негашеная известь выг ружается из печи с температурой 130-180°С меха­
низмом непрерывной и равномерной выгрузки по поперечному сечению
печи, который состоит из выгрузочного бункера для извести поз. 204.1а,в с
4-мя течками, 4-х вибрационных разгружатслсй поз. 204.3а,в, весового
дозировочного шибера поз. 204.а,в, приемного бункера поз. 204.6а,в,
вибрационного питателя поз. 204.8.1 а,в.
Из весового двухклапанного шибера поз. 204.а,в известь выгружается
через соленоидный клапан. Управление соленоидным клапаном
осуществляется гид-равлическим масляным силовым узлом поз. 204.5а/в.
Весовым двухклапанным шибером поз. 204.а,в известь загружается в
приёмный бункер выгрузочного механизма поз.204.6а/в. Далее известь
поступает на вибрационный питатель поз. 204.8.la /в, с которого выводится
на скрсб-ковый конвейер поз. V0203.
В зависимости от уровня в бункере производится включение - выключе­
ние электродвигателя вибрациошюго питателя поз. 204.8.1.а/в.
Состав негашеной извести : С аС 0 3 - 5,69%, СаО - 92,31%, MgO -1 ,3 % ,
57
R 20 3 (полуторные окислы) - 0,7%. Плотность извести - 1300 кг/м3.
Известковое отделение в сутки потребляет 457,9 т известняка, производит
34,06 м3/ час известкового молока концентрацией 170 н.д. СаО, 1,52 м3/ час
слабого известкового молока (50-60 н.д. СаО) и 14728,97 нм3/час печного
газа.
Негашеная известь может использоваться не только для регенерации
аммиака из фильтровой жидкости, но и выпускаться в качестве товарного
продукта - как воздушная строительная известь. Воздушная строительная
известь используется в качестве вяжущего вещества. Для этого она подверга­
ется гашению водой с получением «пушонки» или известкового теста. Со­
держание воды в известковом тесте обычно составляет 50% по массе. Гаше­
ная известь медленно схватывается и твердеет, но обладает низкой прочно­
стью.
Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и отделоч­
ных растворов, изготовления штучных бетонных изделий: известково-шлако­
вых, силикатного кирпича и известково-песчаных изделий автоклавного
твердения.
Признаком высокого качества извести является высокое содержание в
ней оксидов кальция и магния. Сумма содержаний чистых оксидов кальция
и маг-ния называется активностью извести. По активности и содержанию
непогасившегося остатка определяют сорт извести (см. таблицу 13):
Таблица
13. Основные показатели кальциевой воздушной извести.
Наименование показателя
Содержание активных СаО + MgO в пересчете на
сухие вещества, % не менее
Содержание пспогасившихся зерен в извести, %
не более
1-й
Сорта
2-й
3-й
90
80
70
7
11
14
По содержанию оксида магния в извести она подразделяется на кальцие­
вую с содержанием M gO до 5%, магнезиальную с содержанием MgO от 5 до
20% и доломитовую, содержащую MgO от 20 до 40%. По времени гашения
различают известь:
- быстрогасящуюся - время гашения менее 8 минут,
- среднегасящуюся - время гашения 8 - 2 5 минут,
- медленногасящуюся - время гашения более 25 минут.
Н ормы т ехнологического реж им а обж ига извест няка
Для получения негашеной извести хорошего качества и печного газа с
возможно более высокой
концентрацией диоксида углерода
при
одновременной максимально возможной производительности известковообжигательной
печи
необходимо
строго
придерживаться
норм
технологического
режима,
указанных
в
регламенте.
Нормапьпая
эксплуатация
печи
и
проведение
своевременных
планово58
предупредителыгых ремонтов
позволяет
осущ ествлять её длительную
эксплуатацию. Концентрация диоксида углерода в печном газе зависит от
удельного расхода природного газа. А расход природного газа зависит от
качества карбонатного сырья и тепловых потерь. Т епловые потери в свою
очередь складываются из тепловых потерь печью в окруж аю щ ее
пространство и потерь тепла с уходящими печными газами и обож ж енной
известью.
Тепловые потери в окружающ ее пространство не зависят от качества
работы аппаратчика, а зависят от конструкции печи и качества
поступающего сырья и топлива. Величина потерь с печным газом и известью
зависит от соблюдения норм технологического режима. Чем выше
температура печного газа и извести, тем больш е расход природного газа и
ниже концентрация диоксида углерода в печном газе. Температура
отходящего газа зависит от расположения зоны обж ига в печи. Если зона
обжига
по какой-либо причине переместится кверху, то тем пература
уходящего газа повысится, так как он не успеет
отдать своё тепло
поступающему известняку. При понижении зоны обж ига повысится
температура выгружаемой извести, так как в этом случае ум еньш ается зона
охлаждения извести поступающим воздухом.
Чтобы зона обжига не перемещалась, необходимо тщ ательно следить за
равномерностью загрузки известняка в печь и за равномерностью выгрузки
извести из печи. Воздух должен подаваться равномерно и в количестве
отвечающем интенсивности работы печи и количеству подаваемого
природного газа.
Температура отходящего газа может подняться и при избы тке
подаваемого в печь природного газа, а такж е при опускании уровня ш ихты в
печи ниже нормального уровня. Избыток природного газа м ож ет привести и
к повышению температуры в средней зоне печи, где идет обж иг известняка.
Это опасно возможностью «пережога» извести, образования «козлов» и
может привести к повреждению футеровки.
Расход карбонатного сырья на 1 т стандартной извести содерж ащ ей 85%
СаО составляет 1600 - 1750 кг при степени разложения СаСОз до СаО, рав­
ной 91 - 95%. Добиваться более высокой степени разлож ения не следует,
так как это ведёт к повышению расхода топлива и увеличению времени
обжига. Но и снижать степень обжига нельзя, так как это ведёт к ухудш ению
качества извести и ухудшению показателей работы отделения гаш ения
извести.
В таблице 14 приводятся регламентные нормы технологического реж има
отделения обжига известняка.
59
Таблица 14. Нормы технологического режима отделения обжига
известняка
№
Поток реагента или аппарат
1.
Природный газ па входе в от­
деление обжига
2.
Известняк, подаваемый в об­
жиговую печь
Газ известково-обжнгательпых печей на выходе из
печп обжига поз. В0201а/в
3.
Темп сратура,°С
30
Давление,
МПа(изб)
Расход
10
974,96 1440
нм3/час
7672,28
кг/ч
150-210
минус 0 .0 1 2 - м и н у с
0,014
(вакуум 0 ,0 1 2-0.014)
минус 0 .012- м и н у с
0,014
(вакуум 0 ,012-0.014
минус 0,017
(вакуум 0,017)
4.
Газ на входе в холодильник
газа поз. C 020I а/в
150-210
5.
Газ па всасс вытяжного венти­
лятора поз. Л)208а/в
Газ на выходе из скруббера
поз. Е0201 а/в
Газ, подаваемый в отделение
компрессии
Технологический воздух
па входе в известковое отде­
ление
В оздух КИ П и А н а входе в
известковое отделение
130
6.
7.
8.
9.
не более
40
0,006-0,011
0,7-0,85
0,6-0,7
3. К онтрольные вопросы
1 .Приведите технологическую схему отделения обжига известняка.
2 .Какие реакций протекают в процессе обж ига известняка.
3.Объясните принцип работы печи.
4 .0сн овн ы е задачи стадии обжига известняка.
6.Нормь/гехнологического режима отделения обжига известняка.
7.Какие факторы влияют на процесс обжига известняка?
8 .Объясните принцип работы печи.
9. Какое оборудования используется в отделении обжига известняка?
Ю .Способы повышения концентрации СОг
11 .Конструкция шахтных печей.
1 2 .Ф изико-химическис основы обжига карбонатного сырья.
13.Какие факторы влияют на процесс разложения известняка?
И .Н апиш итс реакции горения природного газа.
I
60
ГЛАВА IV. П О Л У Ч Е Н И Е ИЗВЕСТКО ВОГО М ОЛОКА
Ф изико-хим ические основы гаш ения извести
Реакция гашения извести идет с выделением тепла:
С аО „ + Н 20 » = Са(ОН)2„ + 65,5кД ж
(И )
Далее гидроксид кальция из твердого состояния частично переходит в
раствор.
Известковое молоко мало растворимо в воде и при том, чем выше темпе­
ратура, тем меньше растворимость. Так, при 0°С растворимость 0,185 г на
100 г воды, а при 100°С - всего 0,077 г на 100 г воды.
Известковое молоко в виде суспензии используется для регенерации ам­
миака из хлористого аммония:
Са(ОН >2 + 2NH..C1 = СаС12 + 2 N H 3 + 2Н20 + 13,1 кДж
(9)
Эта реакция протекает только с растворенным известковым молоком. По
мере расходования растворенного гидроксида кальция в раствор переходит
новое количество из твёрдой фазы.
Если гашение извести производить большим количеством воды, то про­
исходит так называемая «мокрая» гидратация и в результате такого гашения
образуется известковое молоко.
При этом необходимо учесть, что концентрация гидроксида кальция в
известковом молоке должпа быть как можно более высокой, так как от этого
будет зависеть работа отделения дистилляции. Чем больше воды поступит с
известковым молоком в отделение дистилляции, тем больше потребуется
тепла на нагревание и испарение этой воды в процессе регенерации. Это
ведет к перерасходу греющего пара.
Если же гашение проводить при стехиометрическом соотношением
между известью и водой, то есть в соотношении 1 моль воды на 1 моль
извести, то происходит так называемая «сухая» гидратация - образуется
твердый рассыпчатый порошок - «пушонка».
Использование «пушонки» позволило бы существенно сократить расход
греющего пара при регенерации аммиака из фильтровой жидкости. Кроме
того, степень дисперсности частиц «пушонки» меньше, чем твердых частиц,
получаемых при гашении извести большим количеством воды. Практически
применению «пушонки» препятствует как малая дисперсность частиц, так и
наличие примесей в исходной извести, которые в этом случае остаются в
составе «пушонки».
Кроме
того
твердую
«пушонку»
сложнее
транспортировать и дозировать, чем суспензию известкового молока.
Еще более заманчивой кажется возможность использования негашеной
извести в процессе регенерации аммиака из хлорида аммония
непосредственно в колонне дистилляции. Это позволило бы не только не
61
подавать лишшою воду в дистиллятор, но и более того - использовать тепло
реакции гашения для регенерации аммиака из фильтровой жидкости, что
позволило бы снизить расход греющего пара на этот процесс. Однако, этому
препятствует наличие в извести примесей , кусков недопала и перепала.
Негашеную известь также как и «пушонку» труднее транспортировать, чем
известковое молоко.
По указанным причинам ни «пушонка», ни негашеная известь в
настоящее время не используются непосредственно, хотя это и заманчиво.
На рис. 13 представлена зависимость растворимости оксида кальция (не­
гашеной извести) в воде от температуры. Известковое молоко в виде сус­
пензии используется для регенерации аммиака из хлористого аммония:
2NH.C1
+
(}J
Са(ОН)т = СаС12 + 2NH 3 + 2 Н20
1.35
X
1.30
V
1.25
200
180
160
140
120
1.20
X
1.15
^ 1.10
/
/-
VV
о* 1.05
со
<2 i.o
е
8 0.95
s
Г1
г
с .0 ,9
I 0-85
\
\
£ 0.8
0.75
\
0.7
0.65
0.6
О
10
20
30 4 0 50 6 0 70
Температура,*С
1t
N
N
80 90 100
Рис. 13. Зависимость раствори­
мости оксида кальция в воде от тем­
пературы.
и
1
1.08
1.12
1.16
1.20
1.24
Плотность, г/см*
На рис. 14 представлена
зависимость плотности из­
весткового молока от концен­
трации СаО при температуре
15°С.
На рис. 15 представлена зависимость времени гашения извести от
начальной температуры воды для гашения и температуры обжига извести.
Из этого графика наглядно видно, что скорость гашения извести значи­
тельно возрастает с повышением температуры от 0 до 40°С. Дальнейш ее по­
выш ение температуры менее эффективно. Кривая 1 на рисунке 15 показывает
скорость гашения извести, обожженной при 1050°С, а кривая 2 - при 1250°С.
62
Примеси известняка такие как сульфат кальп
ция, окислы железа, титана, хрома и магния за­
медляют процесс гидратации. Примеси в жидко­
сти, подаваемой па гашение, оказывают воздей60
ствие на скорость реакции гашения, се тепловой
эффект, физико-химические свойства известковой 5 »
суспензии и на кристаллическую модификацию ■
частиц гидроксида кальция. Так при гашении из- \
вести дистилперной жидкостью по сравнению с 5
3
водой возрастает скорость гашения. В дистиллер- I
ной жидкости содержатся хлориды кальция и
натрия.
Сульфат-ион не только замедляет процесс га- | м
шения, но и способствует образованию грубо- §
дисперсной быстро осветляющейся известковой |
суспензии, так как в его присутствии образуются с
крупные гексагональные кристаллы Са(ОН>2 .
I
1
\\
\
\\
ч
ч 1 чN
На рис. 16 представлена зависимость продол­
жительности гашения извести от содержания в Рис. 15. Зависимость
ней
скорости гашения изве­
гипса CaS0 4 , наглядно показывающая за­ сти от начальной
медление процесса гидратации извести с ростом темпе ратуры воды для
содержания гипса.
гашения и температуры
Представления о механизме гидратации изве­ обжига известняка.
сти противоречивы. Многие считают, что имеет
место так называемый «сквозьрастворный меха­
низм», то есть слагающийся из последовательно протекающих процессов
растворения, пересыщения, кристаллнзащш и агломерирования соединений
кальция.
Предполагают также, что процесс гидрата­
/
ции протекает через образование промежуточ­
ных соединений СаО Н 20 , Са(ОН)2 0,5Н,О или
1 Х 20
С аО 2Н 20 .
|
В связи с этим можно выделить следующие i
основные стадии процесса гидратации извести,
Процент C*SO.i «жест*
которые в практических условиях могут накла­
дываться либо замещать друг друга:
Рис. 16. Зависимость
- адсорбция и капиллярное проникновение
продолжительности га­
воды в глубь частиц извести;
шения извести от со­
- растворение оксида кальция;
держания в ней сульфата
- образование и диссоциация промежуточно­
кальция
го соединения;
- образование зародышей и кристаллизация
Ca(OH>j;
63
is
- агломерация твёрдой фазы и структурирование суспензии.
Наибольшее влияние на первую и вторую стадию гидратации оказывают
вид, структура и химический состав исходной карбонатной породы, а также
условия её обжига. Поэтому для каждого конкретного известкового сырья
устанавливают оптимальные температуру и продолжительность обжига, ко­
эффициент избытка воздуха, размеры кусков обжигаемого известняка или
мела.
Полученная при низких температурах известь обладает большой поверх­
ностной активностью и внутренней смачиваемостью из-за разветвленного
характера пор, процесс гашения протекает с высокой скоростью и характери­
зуется значительным подъёмом температуры.
При использовании суспензии известкового молока по мере расходова­
ния гидроксида кальция Са(ОН )2 происходит его дальнейш ее растворение.
Этому способствует перемешивание. Кроме того, для поддержания устойчи­
вой не- расслаивающейся суспензии взвешенные частицы должны быть мел­
кодисперсными. Устойчивость суспензии можно также повысить, увеличи­
вая плотность жидкой фазы, например, применяя для этой цели дистиллерную жидкость вместо воды.
Степень дисперсности Са(ОН )2 зависит от скорости гашения извести.
Чем больше скорость гашения, тем выше степень дисперсности получаемого
известкового молока. Этому способствует повышение температуры воды для
гашения до 60-80°С.
С повышением степени измельчения и пористости извести возрастает пе­
ресыщение раствора гидроксида кальция. Это приводит к увеличению скоро­
сти процесса образования зародышей и снижению скорости роста отдельных
кристаллов, что обусловливает образование мелкодисперсных первичных
кристаллов гидроксида кальция и способствует повышению устойчивости
известковой суспензии.
Имеет значение и количество подаваемой воды, так как при большем ко­
личестве воды гашение протекает с большей скоростью, и при этом получа­
ются более мелкие частицы гидроксида кальция.
Для уменьшения количества жидкости известковое молоко используют в
концентрированном виде. Вязкость такой жидкости с ростом температуры
возрастает. Поэтому гашение проводят при повышенных температурах, поз­
воляющих получить высокодисперсное известковое молоко с большим со­
держанием гидроксида кальция.
Примеси увеличивают вязкость известкового молока. Особенно сильно
растет вязкость известкового молока в присутствии оксида алюминия. Чем
выше была температура обжига известняка, тем медленнее гасится известь и
тем менее дисперсным получается известковое молоко. Известь обожженная
при 1350“С и выше практически не гасится.
Из примесей, встречающихся в извести, больше всего на продолжитель­
ность гашения влияет сульфат кальция. Из графика зависимости продолжи­
тельности гашения извести от содержания в ней сульфата кальция (рис. 16)
видно, что с увеличением содержания сульфата кальция в негашёной извести
64
продолжительность процесса гашения увеличивается.
Устройство типового гасителя извести представлено на рис. 17. Гаситель
—стальной сварной барабан диаметром 1,75-2,5 м и длиной 12-15 м вращает­
ся со скоростью З-б об/мип. Толщина корпуса 12-15 мм. Корпус ба рабана
изготовлен из листовой стали. Внутри корпуса стальная рубашка тол-щиной
10 мм для защиты корпуса барабана от механического воздействия твер­
дых частиц, так как их присутствие ведет к истиранию стенок барабана
Уклон барабана к горизонтали 0,5°. Внутри рубашки имеются спиральные
угольники для перемешивания и перемещения извести. С обеих сторон бара­
бана-гасителя имеются крышки для герметизации процесса.
Примерный состав известкового молока:
СаОоош - 210-260 н .д ., CaOt«* - 200-250 н.д., С аС 0 3 - 10-12 н .д ., Mg (ОН),
- 1 -2 г/л, R2O j - 5-8 г/л, S iO r 20г/л.
Рис. 17 . Устройство типового гасителя извести
1 - бункер извести; 2- водонагреватель-конденсатор; 3 - вытяжная трубам
4 - барабанный шпатель; 5 - бандажп; 6 - зубчатый венец 7 - корпус
Гасителя; 8 - разгрузочный копус; 9 - разгрузочный корпус, 10 - сор­
тировочный барабан, 11 - опорные ролпкп
Технологическая схема гашения извести па КСЗ
Технологическая схема гашения извести на КСЗ представлена на рис. 18.
Обожженная известь скребковым конвейером поз. V0203 подаётся пе­
реключающим устройством поз.У0211 в ковшовый элеватор поз. У0204а,в
производительностью 19 т/час. Элеватором поз. У0204а,в известь подастся в
бункер извести поз. F0206. Бункер извести представляет собой цилиндр с
коническим днищем и крышкой. На выходе из бункера извести имеются ши­
65
беры с электроприводом поз. V0213, перекрывающ ие подачу извести в пита­
тель извести no3.V0205, и поз. V0215, перекрывающий подачу извести на пе­
реносной ленточный конвейер поз. V0210.
Из бункера извести поз. F0206 обожженная известь с температурой 40°С
поступает в лотковый питатель поз. V0205. Совершая возвратно­
поступательные движения, расположенный наклонно лоток питателя, пере­
мещает обожженную известь к своему нижнему концу, откуда известняк по­
ступает в гаситель извести поз. L 0 2 0 2 через загрузочный штуцер в крышке
барабана. Производительность питателя 13 т/час.
В гаситель для гашепия подаётся тёплая вода с температурой 60°С. Это
обратная оборотная вода, поступающая из отделения дистилляции и аб­
сорбции с давлением 0,3 М Па и температурой 39°С. Эту воду нагревают в
ёмкости теплой воды поз. F207 до 60°С острым паром с давлением 0,2МПа
и температурой 133“С. Ёмкость тёплой воды - цилиндр с конической крыш­
кой.
Гаситель состоит из вращающегося стального барабана диаметром 1500
мм и длиной 15901 мм, сортировочного барабана и привода. Барабан имеет
уклон в сторону сортировочного барабана для перемещения материалов от
загрузочного устройства к выгрузочному. Барабан вращается со скоростью
3,75 об/мин. Внутри барабана имеются перемешивающие устройства - ме­
шалки-лопатки.
Полученное в результате гашения извести известковое молоко вместе с
непогашенными твердыми частицами поступает в сортировочный барабан
гасителя, где происходит окончательное дробление и гашение отдельных
кусков извести. В сортировочном барабане происходит предварительная
очистка молока на внутреннем сите.
Известковое молоко с температурой 92°С проходит сквозь сито, отделя­
ясь от крупных частиц, выводится из конусообразного дна кожуха сортиро­
вочного барабана и пропускается для дальнейшей тонкой очистки через сито
поз. L0204. К сортировочному барабану подведена оборотная вода обратная
для промывки сита и отработанных твердых отходов. Сито - горизонтальный
аппарат в форме усечённого конуса с электроприводом.
После удаления твёрдых частиц на сите молока поз. L0204 очищенное
известковое молоко с температурой 92°С поступает по лоткам в ёмкости из­
весткового молока поз. Ь0203а,в. Ёмкость известкового молока представляет
собой вертикальный цилиндрический аппарат с плоской крышкой, снабжен­
ный мешалкой.
Из ёмкостей поз. Ь0203а,в известковое молоко насосом с давлением
0,52 М Па и температурой 92°С подаётся насосом поз. J0203a/e по двум ли­
ниям в отделение дистилляции и абсорбции. Из отделения дистилляции и аб­
сорбции часть известкового молока возвращается в ёмкость поз. L0203a
для осуществления циркуляции, предотвращающей расслаивание известко­
вого молока. Циркуляция известкового молока осуществляется
насосом
поз. J0203a,B.
66
Часть известкового молока с температурой 92°С насосом поз. J0203a,B
подастся в емкость слабого молока поз. L0205 для приготовления известко­
вого молока в рассоле. Рассол с температурой 40°С поступает в емкость поз.
L0205 из отделения очистки рассола. Емкость слабого известкового молока
представляет собой вертикальный
цилиндрический аппарат с плоской
крышкой, снабженный мешалкой. Из этой ёмкости слабое молоко с давлени­
ем 0,4 МПа и температурой 53°С насосом слабого известкового молока поз.
J0204a,B перекачивается в отделение очистки рассола и используется для
очистки рассола.
Из сортировочного барабана гасителя образующиеся в гасителе за счёт
тепла реакции гашения пары выбрасываются в атмосферу.
Твёрдые отходы, состоящие из некоторого количества свободной окиси
кальция и примесей, содержащихся в исходном сырье и отделенные от из­
весткового молока в сортировочном барабане гасителя поз. L0202 с темпе­
ратурой 92°С, выводятся на ленточный конвейер камней поз. V0206, кото­
рым направляются на сито камней поз. L0206 для разделения твёрдых отхо­
дов на мелкую и крупную фракции.
Мелкая фракция - отходы гашения, содержащие песок, отправляются в бун­
кер отходов поз. F0208 и далее вывозятся на автомашинах в шламонакопитель.
Крупные твёрдые отходы из внутренней части сита камней поступают в
бункер отходов поз. F0208, откуда затем направляются на склад известняка
для повторного обжига.
Бункер отходов поз. F0208 - аппарат с перегородкой и двумя конически­
ми днищами. На штуцерах выхода из бункера отходов установлены ручные
затворы.
Из бункера извести поз. F0206 обожжённая известь может подаваться на
переносной ленточный конвейер поз. V0210 для отгрузки потребителю в ка­
честве готового продукта.
Состав известкового молока: С аО ^щ - 170 нщ. или 17,95%. С а О и тш и ] 50-160 н.д. или 16,89%, СаСОз - 3 н.д. или 0,6%, Н;0 -81,13% .
Плотность суспензии известкового молока при концентрации 150-160
н.д. - 1250 кг/м3, а при концентрации 50 н.д. - 1202,03 кг/м3.
67
Вод*
“
I
|
Швестковое молоко в
отделение очистки рассола
н
о
Б
X
Л
ч
ге
X
а
S
о
s
в*
68
Н ормы технологического реж има гаш ения извести
Наиболее важные показатели, характеризующие качество известкового
молока, это концентрация Са(ОН >2 или свободного СаО и температура
молока. Концентрацию свободного СаО в известковом молоке принято
называть титром молока, так как её определяют титрованием молока соляной
кислотой. Для дистилляции необходимо, чтобы содержание гидроксида
кальция в известковом молоке было как можно больше, так как при этом
уменьшается количество ди-стиллерной жидкости, уменьшается расход пара
и меньше теряется извести и аммиака. В то же время высокая концентрация
гидроксида кальция повышает вязкость суспензии, что затрудняет работу
аппаратуры отделения гашения.
Колебания титра известкового молока усложняют процесс его точной
дозировки. Титр молока регулируют путём изменения количества воды,
подаваемой на гашение. Колебания титра выравнивают в мешалках
известкового молока. О концентрации известкового молока можно в первом
приближении судить по его плотности.
Вязкость известкового молока зависит не только от титра свободного СаО,
но и от температуры суспензии. С повышением температуры вязкость
молока уменьшается, улучшаются условия его транспортирования и
дозировки. Нормы технологического режима предусматривают конечную
температуру молока 90 - 92°С. Эта температура в значительной мерс зависит
от температуры поступа-ющей на гашение воды, подогреваемой в ёмкости
тёплой воды острым паром. В таблице 15 приведены регламентные нормы
отделения гашения извести.
Таблица 15. Нормы технологического режима отделения гашения
извести:
№ Поток реагента или аппарат
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Температу­
ра, °С
Давление,
МПа
(изб)
Ёмкость тёплой воды поз.
F0207
Емкость известкового молока
поз. Ь0203а/в
Известковое молоко на нагне­
тании насосов поз. J0203a/e
Не менее
60
90-92
90-92
0,55
Оборотная вода прямая на вхо­
де в известковое отделение
Пар низкого давления па входе
в известковое отделение
Технологический воздух па
входе в известковое отделение
Воздух КИПиД на входе в из­
вестковое отделение
не более
28
133-137
0.4
0,2-0,24
0,7-0,85
0,6-0,7
69
Расход
и др. показа­
тели
Уровень
40-90%
Уровень
1 5 -8 5 %
103
м^/час
4.
Контрольные вопросы
1 .Приведите технологическую схему отделения гаш ения извести.
2.Какие реакции протекают в процессе гашения извести?
З.Объясните принцип работы гасителя извести.
4.0сновны е цели стадии гашения извести.
6.Нормы технологического режима отделения гашения извести.
7.Какис факторы влияют на процесс гашения извести?
8 .Объясните принцип работы гасителя извести.
9. Какое оборудование используется в отделении гашения извести?
Ю.Что такое известковое молоко и где применяется?
70
ГЛАВА V. О Ч И С ТК А С Ы РО ГО РАССОЛА
Ф изико-хим ические основы очистки рассола
Рассол поваренной соли должен иметь по возможности высокую концен­
трацию NaCl. Увеличение концептрации рассола положительпо влияет па
степень его использования, что позволяет снизить удельный расход рассола и
приводит к снижению потерь аммиака, к снижению удельного расхода изве­
сти, пара, воды и электроэнергии.
Растворимость хлорида натрия в воде зависит от температуры. Эта зави­
симость представлена на рис. 19.
При температуре 10-15°С насыщенный рассол, полученный подземным
выщелачиванием, содержит около 317 г/л поваренной соли.
Одпако, для получения насыщенного рассола требуется продолжительное
время, так как по мере приближения рассола к состоянию насыщения при
данной температуре скорость растворения хлорида натрия сильно уменьша­
ется. Практически получаемый рассол содержит 306 - 310 г/л поваренной со­
ли.
С повышением концентрации рас­
t
сола растёт его плотность. Зависи­
/
мость плотности рассола от концен­
трации поваренной соли представлена
/
на рис. 2 0 .
Пользуясь графиком зависимости
/
8 31------------------------------ 7 --------------- плотности рассола от концентрации п
/
§
— ———
/V ]
оварегптой соли можно по плотности
рассола,
определённой с помощью
/
плотномера,
определять
/1
концентрацию рассола.
/
/
Рассол, получаемый растворением
твердой соли добытой шахтным спо­
/
/
собом или полученный при подзем­
ном выщелачивании, содержит в сво­
ем составе растворимые соли кальция
0
120
160
Температурах
и магния. Если катионы кальция и
магния не удалить из рассола, то при
Рис. 19. Зависимость растворимо­ аммонизации и карбонизации рассола
сти хлорида натрия в воде от темпе­ из него будут выпадать в осадок пло­
ратуры.
хо растворимые соединения С аС 03,
Mg(OH>2, NaCl*Na:C0 3*MgC0 3
и
(N H i^C C b'M gC O j, что приведет к засорению аппаратуры, трубопроводов и
загрязнению готовой продукции - соды.
СаСЬ + 2NH3 + COi + Н20 = СаСОз + 2NH4C1
71
(27)
MgSC>4 + 2ЫНз + 2 H 2O = Mg(0H>2 + (N H ^h SO 4
(28)
Поэтому сырой рассол необходимо очищ ать от катионов кальция и маг­
ния.
Для осаждения катиона магния использую т известковое молоко, так как при
его добавлении из рассола выпадает плохо растворимый гидроксид магнияM g: * +
С а (О Н >2 = M g (O H )2 + С а3*
(29)
12000
Для осаж дения катиона кальция
использую т кальцинированную соду,
при добавлении к рассолу которой
катион кальция связывается в виде
плохо р а с т в о ^ ^ з
Зримого "карбоната кальция, выпадаю­
щего из рассола:
1.1875
1.1750
1.1625
1.1500
/
1.1375
I 1.1250
т1
» 1.1125
\
Z
1.1000
5 1.0875
"
/
Ca 2* + N a 2C 0 3 =CaC 0 3 + 2 Na* (30)
А
1.0750
1.0625
При расчёте количества соды, тре­
буемой для осаждения катиона кальция
из рассола, следует учитывать, что в
рассоле присутствует сульфат кальция,
вступающий в реакцию с содой:
1.0500
1.0375
1.0250
1.0125
1ОООО
0
25 50 75 100
150
200
250
300
Рис. 20. З а в и с ^ о Ж 1 ™ т а о с т и
CaS 0 4 +Na 2C 0 3 =CaCC>3+Na 2S 0 4 (31)
рассола от концентрации хлорида
натрия
при 15°С
^сл и в Рассоле присутствует сульФат натРия’ то в процессе регенерации
аммиака из хлорида аммония при
добавлении к маточному раствору из­
весткового молока происходит образование сульфата кальция —гипса, кото­
рый отлагается на внутренних поверхностях дистиллера и постепенно при­
водит к нарушению нормального технологического процесса и к забивке ди­
стиллера.
В таблице 16 приводятся данные по растворимости карбоната кальция и
гидрата окиси магния в концентрированом рассоле в присутствии карбоната
натрия и гидроксида натрия.
Из приведенной таблицы видно, что достаточно высокой степени очистки
рассола можно достигнуть даже при небольшом избытке реагентов в рассоле.
При избытке кальцинированной соды всего в 0,2 н.д. в 1 литре рассола оста­
нется растворенного карбоната кальция всего 0,005 г, а при избытке гидрок­
сида натрия в 0,05 н.д. (соответственно гидроксида кальция) в рассоле оста­
нется всего примерно 0,001 г/л гидроксида магния.
72
Следует учесть, что работа с небольшими избытками реагентов требует
высокой точности дозировки и поэтому их перед использованием разбавляют
очищенным разбавленным рассолом. При растворении кальцинированной
соды в очищенном концентрированном рассоле может произойти выпадение
в осадок поваренной соли. Чтобы этого не произошло, рассол поступающий
на растворение соды, разбавляют до содержания 94 н.д. поваренной соли.
Таблица 16. Растворимость СаСОэ и MgfOHfo с ростом концентрации
Na 2C 0 3 и NaOH в концентрированном рассоле (310 г/л NaCl)
Содержание NazCCh
г/л
0,00
0,26
0,40
0,53
0,66
0,80
П.Д.
0,0
0,1
0,15
0,20
0,25
0,30
Р-рпмость
СаСОз
мг/л
59,3
9,0
6,0
5,0
4,75
4,25
.. .
Содержание NaOH*
Р-римость
т оиъ
г/л
0.0
0.05
0.1
0.2
_
H.JL
0.000
0.025
0,05
0,1
ыг/л
9
1.5
1,4
0,0
•} Примечание - количество каустика эквивалентно количеству добавляемого извест­
кового молока.
Полнота выделения ионов магния и кальция в осадок, а, следовательно,
степень очистки, определяется растворимостью гидроксида магния и карбо­
ната кальция в растворе хлорида натрия. Косвенным параметром, характери­
зующим полноту выделения катионов кальция и магния в осадок, может
служить величина pH (показатель водорода), что особенно важпо при со­
здании автоматической системы управления процессом очистки. Для полного
выделения магния из рассола необходимо, чтобы pH очищенного рассола
был не ниже 10.78, чему соответствует содержание ОН-ионов в рассоле не
менее 0,05 н.д. Однако эта величина pH рассола не гарантирует полного вы­
деления из него кальция, для этого необходимо введение избытка иона С О э2'
, чтобы его содержание в очищенном рассоле было не ниже 0,2-0,3 н.д. Уве­
личение избытка осадительных реактивов сверх указанных минимальных их
значений нежелательно, так как помимо перерасхода осадителсй это отрица­
тельно влияет на скорость и полноту отстоя шлама.
В производстве каустической соды электролизом рассола поваренной со­
ли очистку раствора от сульфат-иона производят с помощью растворимых
солей бария. При взаимодействии катиона бария с анионом сульфата проис­
ходит образование практически нерастворимого сульфата бария, который
выпадает в осадок. Однако для удаления сульфат-иона из рассола в произ­
водстве кальцинированной соды нельзя использовать хлорид бария, так как в
соде не допускается присутствие солей бария. В настоящее время в содовой
промышленности нет реальных экономичных способов снижения содержа­
ния сульфат-иона в сыром рассоле до уровня, исключающего возможность
образования гипсовых инкрустаций на стадии дистилляции.
73
Основное внимание при очистке рассола от катионов кальция и магния
необходимо уделять процессу осаждения выпадающ их плохо растворимых
солей и гидроксида магния. Различают два вида осаждения твердых частиц
из суспензии - свободное и совместное (консолидированное).
При свободном осаждении каждая частица оседает со скоростью завися­
щей от её размера и плотности. В этом случае нет четкой границы между
осветленной жидкостью и суспензией.
Образующиеся частицы осадка имеют очень маленькие размеры, а
осветляемая жидкость в течение длительного времени остается мутной.
Размер образующихся кристаллов карбоната кальция - 5 - 10 мкм, а частиц
гидроксида магния - всего лишь несколько сотых долей миллимикрона.
Быстрое оседание мелких частиц возможно лишь при совместном (консо­
лидированном) осаждении, когда отдельные мелкие и крупные частицы
объединяются в агрегаты-хлопья и оседают с одинаковой скоростью, что
дает четкую границу осветлённой части суспензии. Скорость осаждения
хлопьев 1-4 м/час.
У дна отстойника процесс консолидированного осаждения переходит в
процесс уплотнения шлама. Уплотнение ш лама связано с разрушением
хлопьев под действием сил тяжести или медленно движущ ейся мешалки и
образованием более плотной упаковки осевших частиц.
Исследование суспензии после уплотнения осадка показало, что суспен­
зия гидроксида магния в рассоле имеет заряд (+), а углекислого кальция - (-).
Это способствует ускорению осаждения, так как разноименно заряженные
частицы, притягиваясь друг к другу, образуют более крупные и тяжелые
хлопья-агрегаты.
Таблица 17. Влияние соотношения Са2*/ M g2* на скорость осаждения и
степень уплотнения шлама
Са2*
M g2*
9
3
1
1/3
1/9
0
Содержание в суспен­
зии. Н.Д.
Mg2*
Са2*
0
0.2
0,5
1
1.5 . '..
1.8
2
2
1.8
1.5
1
0.5
0.2
0
Скорость
осажден.
мм/мзш
0.7
25.6
15.58
5.5
2,98
2,4
1.04
Объем ш лам а в % от начального
через 2 ча­
са
62.7
3
3
4.7
11.7
15.8
47,8
через 3 ча­
са
35.7
1.8
2
4
10
12,7
26.8
через 24
часа
0.6
1.0
1.4
2,6
4.2
5.7
10.7
В таблице 17 показано влияние соотношения катионов кальция к катио­
нам магния в рассоле на скорость осаждения и степень уплотнения шлама.
Для достижения высоких скоростей осаждения содержание ионов кальция в
сыром рассоле должно быть в 3-9 раз больше содержания ионов магния.
При избытке ионов кальция достигается и высокая степень уплотнения
осадка, что
снижает потери очищенного рассола со шламом. При
увеличении содержания в рассоле солей магния образующиеся хлопья
становятся более прочными и труднее разрушаются, поэтому объем шлама,
образованного этими хлопьями, увеличивается. В связи с этим лучше чистил,
рассолы богатые магнием известковым молоком, так как ионы кальция из
гидроксида кальция переходят в состав карбоната кальция, увеличивая
соотношение Са 2* / Mg2* в суспензии.
Повышение температуры очищаемого рассола ускоряет процессы ионно­
го обмена и дегидратации и сокращает продолжительность периода индукции. Уменьшается вязкость рассола и увеличивается скорость осаждения и
уплотнения суспензии. Однако, увеличение температуры может привести к
нарушению консолидированного осаждения и нежелательно для последую­
щей операции аммонизации рассола. Поэтому температуру на ряде содовых
заводов поддерживают в интервале 12-22°С. Причем температуру в 20 -22°С
поддерживают при повышенном содержании в рассоле катиона Mg2*, а 10 —
12°С при пониженном содержании.
Однако в условиях климата региона, в котором расположен Кунградский
содовый завод, особенно в летний период, создание такого температурного
режима процесса рассолоочистки практически невозможно, так как потребу­
ет дополнительного холодильного оборудования и значительных энергоза­
трат. На основе проведенных лабораторных исследований на образцах соли
месторождения Барсакельмес определена оптимальная температура рассола
при рассолоочистке в 44°С.
Увеличение скорости перемешивания уменьшает толщину адгезионного
слоя жидкости у поверхности твердого тела, что ускоряет ионный обмен
между жидкой и твёрдой фазами и увеличивает скорость дегидратации, со­
кращая тем самым период индукции. К началу образования хлопьев переме­
шивание должно быть закончено, иначе нарушается процесс хлопьсобразования и консолидированного осаждения. На практике оказалось достаточно
перемешивания за счёт кинетической энергии поступающей в реактор сырой
смеси рассола и реагентов.
На кинетику осаждения и уплотнения осадка влияет и последователь­
ность введения реагентов. Для консолидированного осаждения хлопьев
нужно одновременное осаждение карбоната кальция и гидроксида магния,
являющегося цементирующим коагулянтом, то есть скорость образования
гидроксида магния должна бьпъ не ниже скорости образования карбоната
кальция.
Скорость осаждения гидроксида магния будет зависеть от скорости рас­
творения гидроксида кальция, а она мала. При очистке рассолов с небольшим
содержанием катионов магния осадительные реагенты полезно предвари­
тельно смешать и нагреть. При этом происходит каустификация :
Na 2C 0 3 + Са(ОН >2 = 2N aO H + СаСОз
75
(32)
В этом случае повышается концентрация ионов О Н ' в растворе, а также
скорость и степень осаждения гидроксида магния. При раздельном введении
реагентов в этом случае может нарушаться консолидированное осаждение
При высоком содержании катиона магния реагенты можно вводить после­
довательно: сперва известковое молоко, потом соду.
Для сокращения периода индукции, увеличения скорости осаждения и
уплотнения шлама следует применять по возможности высококонцентриро­
ванные растворы осадителей, так как это понижает степень гидратации сус­
пензии, а следовательно и се агрегативную устойчивость. Но при использо­
вании концентрированных реагентов затрудняется точность их дозировки.
Чтобы избежать этого реагенты разбавляют, но не водой, а очищенным рас­
солом.
Введение в суспензию затравки из готовых свсжеосажденных кристаллов
ускоряет осаждение, сокращает период индукции и позволяет получить более
крупные частицы. При увеличении дозы затравки до определенного предела
повышается и скорость осаждепия. Превышение этого предела нарушает
консолидированное осаждение. Обычно на содовых заводах, чтобы не
усложнять технологическую схему и режим процесса, ретурный шлам (за­
травку) не вводят. Роль затравки может выполнять оседающий в отстойни­
ке шлам. Для этого суспензию вводят в отстойник ниже границы раздела
осветленной части рассола и оседающего шлама. Объём вводимой суспензии
должен бьггь таким, чтобы скорость вертикального подъёма суспензии в от­
стойнике была равна скорости осаждения. При этом граница осветленного
рассола будет поддерживаться на определенной высоте. Ш лам будет уда­
ляться со дна отстойника, а осветленный рассол - сверху. Таким образом
вводимая суспензия будет проходить через фильтрующий слой осадка, игра­
ющий роль затравки.
Необходимое количество затравки зависит от температуры и определяет­
ся опытным путем. Чем ниже температура, тем меньше требуемая масса за­
травки. Снижение температуры увеличивает степень насыщения раствора и
способствует выделению карбоната кальция и гидроксида магния на поверх­
ности присутствующей твердой фазы. Карбонат кальция склонен к образо­
ванию пересыщенных метастабипьных растворов, содержащих до 200-300
мг/л ионов кальция. Введение затравки и интенсивное перемешивание спо­
собствуют снижению степени пересыщения. Однако, в присутствии гидрок­
сида магния образуются пересыщенные растворы карбоната кальция, так как,
адсорбируясь на поверхности частиц карбоната кальция, гидрооксид магния
тормозит выделе???-— -,
СщиГкарбоната кальция из раствора.
Процесс осаждения карбоната кальция и гидроксида магния можно
представить следующим образом. После введения реагентов в первый мо­
мент образуется однородная молочно-белая суспензия. Прозрачность сус­
пензии возрастает по мере увеличения в ней содержания гидроксида магния.
Через какое-то время однородность суспензии нарушается во всем её объе­
ме, благодаря появлению мельчайших уплотнений. Эти уплотнения посте76
пенно превращаются в хлопья, размеры которых возрастают. Процесс хлопьеобразования показывает, что происходит консолидированное осаждение
частиц карбоната кальция и гидроксида магния. Затем процесс консолидиро­
ванного осажде!ШЯ значительно ускоряется и начинается качественно новый
этап процесса очистки рассола - период быстрого оседания хлопьев, когда
скорость осаждения достигает максимального значения при данных условиях
процесса. В результате падающие хлопья приходят в достаточно плотное со­
прикосновение друг с другом, скорость их осаждения существенно замедля­
ется, и начинается стадия уплотнения осадка. Суспензия снова становится
однородной и непрозрачной. Шлам, богатый карбонатом кальция имеет ма­
лый конечный объём и может составлять менее 1% от объема исходной сус­
пензии, а шламы богатые гидроксидом магния уплотняются в значительно
меньшей степени и достигают до 10 % обьёма от обьема исходной суспен­
зии.
Отстойник для осветления рассола - это цилиндр с коническим днищем, с
диаметром - 1 8 м и общей высотой 7,9 м, высота цилиндрической части 6,7
м. Внутри отстойника имеются гребки вращающиеся со скоростью 5 оборо­
тов в час и перемещающие сгущенный шлам к трубам, через которые шлам
выводят из отстойника.
Т ехнологическая схема отделения очистки рассола на КСЗ
Склад твёрдой соли представляет собой тупиковое однопролётное
сооружение на открытой площадке, сблокированный с участком
солерастворения. Склад примыкает к железнодорожному пути, по которому
твердая соль доставляется в вагонах-самосвалах (думпкарах). Разгрузочный
железнодорожный путь склада расположен на отметке 0,0 м и рассчитан па
одновременную выгрузку шести вагонов. Для хранения соли предусмотрена
яма. Днище ямы заглублено на 3 м.
Вдоль ямы для хранения твердой соли предусмотрено место для разме­
щения ёмкостей растворепия соли участка солерастворения. куда произво­
дится выдача соли со склада с помощью крана. Склад оборудован двумя
грейферными кранами мостовыми электрическими грузоподъёмностью 10
т. Для формирования и рыхления бурта соли предусмотрен трактор Т-330 с
бульдозерпорыхлительным оборудованием ДЗ-94С-1. Суточная потребность
производства кальцинированной соды соли в натуре - 474,5 т/сутки.
77
78
FQIO а, в —емкость для растворения соли водой; A i-первый бассейн ;А 2 -второй бассейн; поз,За, Зв, поз,4,
поз. 5, поз. 7-насосы; поз, 6 -репульпатор.
Рис. 21. Технологическая схема стадии обесшламивания и обессульфичивания.
ОТ DOS. 2
Технологическая схема отделения растворения соли представлена на
рис. 21. Твердая соль со склада подастся с помощью грейферного крана в
ёмкость для растворения соли поз. F 0 101а,в, где растворяется водой подава­
емой насосом поз. J0103 из емкости поз. F0102 (объём - 2500 м5) с получени­
ем сырого рассола, содержащего 26,41% NaCl. В зимнее время в емкость
поз. F0101 предусмотрена подача пара.
В ёмкость поз. F0102 подаются для растворения соли из отделения ди­
стилляции и абсорбции вода оборотная обратная и отработанный бедный
раствор из аппарата поз. С0402. Ёмкость поз. F0102 установлена в отделении
очистки рассола.
Ёмкость поз. Ғ0101а,в представляет собой цилиндрический аппарат с квад­
ратной воронкой для приёма твёрдой соли с внутренними распределитель­
ными устройствами для ввода воды и пара и переливным жёлобом в верхней
части. В зимнее время предусмотрена подача пара низкого давления в ём­
кость поз. F0101.
Ёмкость поз. F0102 представляет собой цилиндрический аппарат с кони­
ческой крышкой и объёмом 2500 м3. Сырой рассол с температурой 44°С и
концентрацией соли 26,41% переливается в ёмкость рассола поз.
F0111. Ёмкость поз. F0111 - цилиндрический аппарат с плоской крышкой.
Технологическая схема очистки рассола на КСЗ представлена на рис. 22.
Насосом исходного рассола поз. J0109 рассол перекачивается в емкость
сырого рассола поз. F0103, имеющую объём 3500 м3, из которой насосом поз.
J0104a.B перекачивается в ёмкость для смешения поз. L0105. В ату же ем­
кость подаются раствор известкового молока с температурой 50°С насосом
позЗОПОа.в и раствор кальцинированной соды с температурой 50°С из ем­
кости поз. F0105 насосом поз. J0111а,в.
Из ёмкости поз. F0103 сырой рассол насосом поз. ГО104а,в перекачивается
в ёмкость для смешения поз. L 0 105. Ёмкость поз. F0103 - цилиндрический
аппарат с коническим днищем. Ёмкость для смешения поз. L 0105цилиндрический аппарат с перемешивающим устройством.
Из ёмкости поз. L 0 105 сырой рассол вместе с реагентами подастся в ре­
актор №1 поз. D 0 101. Реактор №1 - цилиндр с коническим днищем и внут­
ренней перегородкой. Из реактора №1 поз. D0101 рассол переливается в ре­
актор №2 поз. DO 102. Реактор № 2 - цилиндр с коническим днищем и внут­
ренней перегородкой. На рис. 23 представлена конструкция типового реак­
тора.
79
: s
б о а
I $ ■?
■Is
Its
- a 3f
ill
1Ш1-Oj (O
*
a >S
S s°
S f srf
f i l l
8 1 II
s s .
« 5
= 3
S u- s i
hi
IS
8 1
■8 8
3
a
■oS Sa
I:9 I-e I.
I is
I I 8
I t
5 g
s s
80
a
&
я
a
x
x
h
Вход
I
I
I
4
i.
l_
Л
1
Выход
1
- -S3
I
~ .......... ■
4
Рис 23. Реактор.
1 - ёмкость; 2- поплавковый регулятор; 3- входная
труба; 4 —дроссельная задвижка.
Водно-солевой раствор промотора с содержанием полиакриламида 0,06%
готовится в ёмкости добавок поз. F0106. Ёмкость поз. F0106 - цилиндр с
плоской крышкой. Из емкости поз. F0106 раствор промотора подаётся в ём­
кость поз. F0107 насосом поз J0106.
В реакторах происходит связывание катионов Са2* и Mg2* с образовани­
ем нерастворимых соединений Mg(OHh и СаС03, которые в виде шлама пе­
риодически выпускаются в емкость шлама поз. L0103. Ёмкость поз. L0103 цилиндрический аппарат с перемешивающим устройством.
Процесс очистки происходит при температуре 43°С. Рассол из реактора
№2 поз. D 0 102 с температурой 43°С поступает в емкость с перегородками
поз. 108, где смешивается с раствором полиакриламида (ПАМ) для лучшей
коагуляции, подаваемым из ёмкости для добавок поз. F107.
Далее рассол с температурой 43°С поступает в отстойник поз. L0 102 в
центральный цилиндр. Отстойник поз. L0102 - цилиндр со скребковым
устройством диаметром 25 м, высотой 9,916 м и объёмом 3500 м!. В
верхней части отстойника по периферии расположен кольцевой переливной
жёлоб.
Оседающий в отстойнике шлам поз. L0102 опускается, а рассол поднима­
ется вверх. Ш лам сгребается от периферии к центру отстойника к выгру­
зочному штуцеру и поступает в ёмкость для шлама поз. L0103.
Очищенный рассол переливается в кольцевой желоб и поступает в ём­
кость для очищенного рассола поз. Ғ0104а,в, представляющую собой цилин­
дрический аппарат с конической крышкой.
81
И з ёмкостей поз. Ғ0104а,в очищенный рассол насосом no3.J0105
направляется в абсорбцию на аммоннзацию в отделение дистилляции и ам*
мони-зации и в известковое отделение для приготовления раствора извссг
кового молока в рассоле, а такж е в ёмкость для добавок поз. F0106. Шлам из
емкости поз. L0103 насосом no3.J0107 подаётся в фильтр-пресс поз. L0104
Фильтр-пресс состоит из каркаса аппарата, фильтрующ ей части, толкатель­
ной части, части гидравлического давления и электрической части.
пульпа
7,
ВЫХОД
рассола
. ..J .
!
1
1
)
\
\
ю
.
Т
' " г т ';- Г " ’ П
! i
!
i j
i j |
! шлака j 1
!
j
j
8
L .
Рис. 24. Т и п овая к о н струкц и я отстойника
1 резервуар; 2.7- фермы; 3- чаша для суспсш ш ц 4- привод мешалки;
5- кольцевой желоб; 6- колоппа; 8- фундамент, 9- труба для вывода
Ш лам а; 10- балка
Ф ильтровальные части
состоят из фильтровальных плит,
расположенных по порядку на основной балке. Фильтровальная плита,
фильтровальная ткань и резиновая диафрагма образуют фильтровальные
ячейки, расположенные друг за другом. В начале фильтрования пульпа
подаётся насосом в каждую фильтровальную ячейку через загрузочное
отверстие в упорной плите. Здесь происходит разделение жидкой и твёрдой
фаз под давлением, создаваемым напором насоса. Твёрдые частицы остаются
в фильтровальной ячейке, образуя на ткани фильтрационный осадок.
Ф ильтрат выводится через отверстие для воды, а твёрдые частицы поступают
в бункер поз. Х - 1 .
Для уплотнепия осадка в фильтр-пресс поз. L0104 подаётся сжатый воз­
дух из буферной емкости воздуха поз. РО109. Ёмкость поз. Р 0 109 - цилин­
дрический аппарат со сферическими днищами Твёрдая фаза - спрессован­
ный шлам из бункера поз. Х-1 вывозится автотранспортом в шламоотвал.
82
регенерированный рассол из фильтр-пресса поз. L0I04 подается в Ем­
кость регенерированного рассола поз. F01I0. Ёмкость регенерированного
рассола поз. F0110 - цилиндрический аппарат с конической крышкой. Из
ёмкости поз. F0110 регенерированный рассол насосом no3J0108 подаётся в
отстойник поз. L0 1 0 2 для осветления.
Состав очищешюго рассола: NaCI - не менее 100 н.д., Са2* - не более 10
мг/л, Mg2* - не более 5 мг/л, нерастворимый остаток - не более 40 мг/дм],
температура рассола - 35-40°С.
Очищенный рассол из емкостей поз. Ғ0104а/в насосом поз. Н101 перио­
дически по требованию подаётся на станцию подготовки питьевой и техни­
ческой воды (СППиТВ) и на электролизную установку.
Для предотвращения кристаллизации соли трубопровод рассола обогре­
вается теплофикационной водой с температурой 150'С.
Сточные воды после промывки оборудования и трубопроводов собира­
ются в четырёх приямках, откуда погружным насосом поз. Н 102 откачива­
ются в канализациошзую насосную станцию.
Н ормы т ехнологического реж има очистки рассола
Для получения рассола высокого качества при мтшмальной затрате
реагентов и максимальной производительности отделения необходимо
строго соблюдать приведенные ниже нормы технологического режима
(таблица 18):
Таблица 18. Нормы технологического режима отделения рассолоочистки
№
Поток реагента или аппарат
1.
Твёрдая соль со склада
твердой соли
2.
С ырой рассол в емкости поз.
Ғ0И 1
Рассол после аппарата поз.
F0108
3.
4.
Очищенный рассол в бикарбопапю е отделение (па аб-
5.
Шлам пз фильтр-пресса поз.
L0 1 04
Темпера­
тура,
«С
44 “С
Давление,
МПа
(нэб)
Расход
п др. показатели
NaCI - 93,09%
CaSO j-0,88%
MgCl: -0,74%
C a C h - 0.08%
H aO - 0,2%
Н о - 0,2%
Фракция
(> 10 мм) - 15%
NaCI - 107,1 к д.
43°С
NaCI - 106,00 в .д.
N a:CCb-0,32 н.д
Na-SQj - 0.77 Н.Д.
Содержание влага
- 40.51 %
83
5.
Контрольные вопросы
1 .Приведите технологическую схему отделения очистки сырого рассола.
2.Какие реакции протекают в процессе очистки сырого рассола?
З.Объясните принцип работы отстойника.
4.Какие типы отстойников используются в производство соды?
^ ^ 5 Х )с н о в н Ь е задачи стадии очистки рассола.
(
б.Нормы технологического режима отделения очистки сырого рассола.
/
7.Какис факторы влияют на процесс очистки сырого рассола?
8 . Объясните принцип работы растворителя.
9. Что такое свободное осаждения?
Ю.Что такое консолидированное осаждение.?
11Что такое рассол и где применяется?
'
Ш С в к М е .
84
ГЛАВА VI. АММОИИЗАЦИЯ ОЧИЩЕННОГО РАССОЛА
ф изико-хим ические основы адсорбции аммиака и диоксида углерода
рассолом поваренной соли
Аммиак в производстве соды является вспомогательным промежуточным
веществом, которое не входит в состав готового продукта. Аммиак
растворяет-ся в воде и водных растворах с выделением тепла:
N H j пп + HzO , - NH<OH ж + 35,2 кДж (8,4 ккал)
(3 3 )
В водном растворе устанавливается равновесие между гидратированной
и негидратированной формами аммиака:
N H a р-р + Н гО ж = N H 4OH „
непщратированный
гидратированный
При температуре 60°С в 1 литре воды растворяется 221 литр (168 г) ам­
миака, а при 10-С в 1 литре воды растворяется уже 900 л ( 680 г) аммиака.
Диоксид углерода плохо растворяется в воде и процесс его гидратации
протекает медленно. Но растворенный негидратированный диоксид углерода
легко взаимодействует с негидратированным растворенным аммиаком, обра­
зуя карбамат аммония:
С 02 р
+ 2 ЫНз р = NH2COONH4 р + 68,3 кДж
(34)
Образование карбамата аммония создаёт благоприятные условия для по­
глощения аммиака и диоксида углерода, так как при этом снижается равно­
весное давление аммиака и диоксида углерода над раствором. Поглощение
аммиака рассолом сопровождается выделением тепла, что приводит к по­
вышению температуры рассола, и, как следствие, к росту равновесного дав­
ления аммиака над раствором и снижению движущей силы абсорбции. По­
этому для повышения движущей силы абсорбции необходимо охлаждать
рассол при его аммониза-ции.
Повышение температуры рассола увеличивает равновесное давление ди­
оксида углерода над рассолом и снижает скорость и полноту абсорбции, но,
в то же время, увеличивает скорость химических реакций, которыми сопро­
вождается процесс поглощения диоксида углерода. Поэтому верхнюю часть
абсорбера обычно не охлаждают и поддерживают температуру в аппарате
настолько высокой, насколько это позволяют скорость и полнота поглоще­
ния аммиака.
Абсорбция диоксида углерода протекает значительно медленнее, чем
абсорбция аммиака, поэтому абсорбер должен обеспечивать поглощение
заданного количества аммиака и максимально возможного количества
Диоксида углерода. Это достигается необходимым температурным режимом
85
и числом ступеней абсорбции в абсорбере, то есть количеством тапел
высотой насадки.
0К 1,1111
Карбамат аммония соль слабой кислоты и сильного основания в вопи
растворе гидролизуется:
м
N H 2COO NH 4 р + Н20 ж = N H 4HCO 3 р + N H 3 р - 2 7 ,6 кДж
(35 ^
В результате растворенная С 0 2 переходит в негидратированную форму
НСО з' . Гидролиз карбамата протекает медленно. М ежду образующимся
бикарбонатом аммония и свободным аммиаком или гидроксидом аммония в
растворе устанавливается равновесие:
N H 4HCO 3 рр + N H 3 р-р = (ЫНя^СОз р.р
(36а)
N H 4HCO 3 р.р + N H 4OH р.р = (ЫН4) 2СОз „ + Н20 «
(366)
По мере поглощения С 0 2 равновесие реакций сдвигается в сторону об­
разования кислой соли N H4HCO3 - бикарбоната аммония. Гидролиз карба­
мата аммония протекает медленнее реакции его образования и поэтому при
поглощении диоксида углерода аммонизированным рассолом получаются
неравновесные пересыщенные по карбамату аммония растворы, то есть
наблюдается карбаматное пересыщепие. С повышением температуры ско­
рость гидролиза возрастает и ускоряется снятие карбаматного пересыщения.
В отделение абсорбции аммиак на аммонизацию поступает в составе
следующ их газов:
а) газ из регенерации аммиака;
б) отходящий газ карбонизации, содержащий аммиак и С 0 2 ;
в) воздух с вакуум-фильтров, содержащий аммиак и С 0 2.
Аммонизация - это сложный хемосорбционный процесс, состоящий из
следующ их стадий:
а) абсорбция аммиака, который хорошо растворим в рассоле
б) абсорбция диоксида углерода, который плохо растворим в рассоле
в) химическая реакция в растворе.
Основной поток аммиака 460 кг на тонну соды поступает в отделение
аммонизации из отделения дистилляции, в котором происходит разложение
хлорида аммония и углеаммонийных солей, содержащихся в фильтровой
ж идкости и в слабых жидкостях. Часть аммиака в количестве около 75 кг на
тонну соды поступает в отделение аммонизации с газами из отделения кар­
бонизации и небольшое количество - с воздухом с барабанных вакуумфильтров. Следует учесть, что все эти три потока аммиаксодержащих газов
содержат кроме аммиака диоксид углерода и водяные пары. Так с газами из
отделения дистилляции на тонну соды поступает примерно до 260 кг диок­
сида углерода и 140 кг водяного пара, а с газами карбонизации поступает на
тонну соды до 70 кг диоксида углерода и до 40 кг водяного пара.
86
При поглощении аммиака и диоксида углерода рассолом образуется 4-х
компонентная система : NH 3 - С 0 2 - NaCl - Н 20 . С улетом того, что концен­
трация NaCl в рассоле практически постоянная, эту систему можно рассмат­
ривать как rpiix компонептную NH 3 - С 0 2 - Н20 .
Пока давление аммиака в газе больше, чем равновесное давление аммиака
над раствором, идет поглощение аммиака.
Растворимость аммиака в рассоле зависит от температуры и парциального
давления аммиака в газе. Для расчета равновесного давления аммиака мож­
но использовать уравнение:
lg p * ннэ = - 1750/Т + n lg N + С
где
(37)
N - концентрация титруемого аммиака в н.д. в растворе
Т - абсолютная температура, К
п и С - коэффициенты, определяемые интерполяцией в зави­
симости от содержания С 0 2 в растворе.
В таблице 19 приведены численные значения коэффициентов «п» и «С» в
уравнении (37) для расчета парциального давления аммиака над рассолом.
Присутствие диоксида углерода в рассоле снижает равновесное давле­
ние аммиака над раствором, способствуя его поглощению. Аммиак хорошо
растворим в воде, скорость абсорбции его велика и определяется диффузи­
онным сопротивлением газовой пленки. Диоксид углерода плохо растворя­
ется в воде, скорость его абсорбции мала и определяется диффузионным со­
противлением жидкостной пленки.
Таблица 19. Численные значения коэффициентов «п» и «0> в уравне­
нии (37):
СО*
ид
п
С
0
1.13
5.67
10
1.25
5.36
20
1.38
5.08
40
1.83
4.13
30
1.55
4.73
50
215
3,4
60
25
265
70
287
1.83
80
3.3
0,85
Связывание углекислоты аммиаком ведет к снижению равновесного дав­
ления диоксида углерода над раствором. Это облегчает его поглощение, так
как растёт разность между парциальным давлением диоксида углерода в по­
ступающем на аммокизацию газе и его равновесным давлением над раство­
ром.
Взаимодействие диоксида углерода с аммиаком, также как и абсорбция
их рассолом, сопровождается выделением тепла, что ведёт к повышению
температуры рассола. А повышение температуры рассола увеличивает рав­
новесное давление диоксида углерода над раствором, что приводит к сниже­
нию скорости и полноты поглощения диоксида углерода. В тоже время с по­
вышением температуры растёт скорость химических реакций, которыми со87
провождается поглощ ение диоксида углерода. Это, наоборот, ппив
увеличению скорости поглощ ения диоксида углерода.
*
Поглощ ение аммиака рассолом сопровождается выделением тепла ги
ции. И поэтому рассол будет нагреваться. П ри этом будет расти п а р ц и а л ь ^
давление аммиака над рассолом. Следовательно, повышение темпспату °С
рассола будет ухудш ать процесс аммонизации рассола, а, чтобы этого
происходило, необходимо отводить тепло от рассола в процессе аммониза
ции.
В результате учета влияния всех выше перечисленных противоречивых
факторов оптимальная температура процесса аммонизации должна быть 55
60°С.
Диоксид углерода хорош о поглощается только в том случае, если в рас­
соле имеется аммиак. Поэтому поглощение аммиака должно происходить по
всей высоте абсорбера, для чего полезно поддерживать повышенные в допу­
стимых пределах температуры, особенно внизу абсорбера, куда поступает
концентрированный аммиачный газ из дистилляции.
При растворении аммиака в рассоле объём рассола увеличивается, а
плотность раствора уменьшается. Для практических расчётов можно при­
нять, что при растворении 1 н.д. аммиака первоначальный объём рассола
увеличивается на 0,13%. Если, например, в отделении абсорбции рассолом
поглощается 100 н.д. аммиака, то объем рассола увеличится на 0,13 100 =
13,0%, а концентрация поваренной соли соответственно уменьшится на 13%.
При охлаждении газов дистилляции из них за счет конденсации водяного
пара выделяется вода и при этом рассол разбавляется - падает концезгграция
поваренной соли. Для уменьшения разбавления газ перед абсорбером охла­
ж даю т в холодильнике газа дистилляции (ХГДС). Но при спижении темпера­
туры газа ниже 55°С возможно образование углеаммонийных твердых со­
лей, которые будут забивать холодильники и трубопроводы, Твердые соли
образуются, когда концентрации аммиака и диоксида углерода превысят рав­
новесные концентрации аммиака и диоксида углерода над насьпценпым рас­
твором образующейся твердой соли. Концентрация аммиака в рассоле долж­
на обеспечить соотношение N H 3: NaCl = 1,1 —1,15.
При плохой очистке рассола от солей кальция и магния в абсорбере в
процессе аммонизации будут происходить побочные реакции, так как в рас­
творе аммиак и диоксид углерода взаимодействуют с солями кальция и маг­
ния, образуя осадки карбоната кальция и гидроксида магния:
СаСЬ + 2 N H 3 + СОз + Н20 = СаСОз + 2NH..C1
(27)
M gSO , + 2 N H 3 + 2 H jO = M gtO H h + (NILibSO,
(28)
Эти осадки будут отлагаться на стенках аппаратов и трубопроводов.
П ри накоплении этих отложений из-за плохой работы отделения очистки
рассола будет нарушаться нормальная работа отделения абсорбции.
1
1
в отделении абсорбции идет санитарная очистка всех газовых потоков от
аммиака. Технологические схемы отделений абсорбции отличаются по мето­
ду отвода тепла. Возможен процесс абсорбции с охлаждением только газо­
вой фазы или только жидкой фазы, но можно вести процесс с охлаждением и
жидкой и твердой фаз. В случае схемы с охлаждением обеих фаз холодиль­
ники устанавливаются внутри абсорбера, что позволяет охлаждать одновре­
менно и абсорбирующую жидкость и абсорбируемый газ.
Аппаратура абсорбции
Для поглощения аммиака и диоксида углерода применяют аппараты
барботажного и скрубберного типа. Для поглощения аммиака предпочти­
тельны скрубберныс аппараты, а для диоксида углерода - барботажные. Для
полноты поглощения С 0 2 имеет значение присутствие аммиака, который
реагирует с СО? . С этой точки зрения для абсорбции СО; предпочтительнее
скрубберы с прямотоком газа и жидкости. При прямотоке диоксид углерода
с самого верха и донизу реагирует с жидкостью богатой аммиаком, а при
противотоке газ на выходе из аппарата встречается с жидкостью бедной ам­
миаком, так как содержание аммиака в жидкости меньше, чем при прямото­
ке.
В скрубберах гидравлическое сопротивление меньше, чем в барботажных аппаратах. Газ на пути от дистиллера до промывателя (ПГАБ) теряет 630
мм рт. ст. при использовании скрубберов н 845 мм рт. ст. при использовании
барботажных аппаратов. Поэтому газы после ХГДС, прошедшие через
скрубберы, имеют более высокое давление 800-840 мм рт. ст., что позволяет
охладить их до 30°С без конденсации углеаммопийных солей (УАС). В этих
условиях снижается содержание водяных паров, и, следовательно, повыша­
ется концентрация поваренной соли в аммонизированном рассоле. Таким
образом, применение скрубберов имеет положительную сторону. Однако они
имеют меньшую производительность и невысокую надежность и устойчи­
вость в работе, а также трудности очистки насадки при ее засорении. Поэто­
му чаще применяют аппараты барботажпого типа с противотоком га-за и
жидкости. Жидкость перетекает между аппаратами, работающими при раз­
ных давлениях, по сифонам, образующим гидрозатворы. На рис. 25 показа­
но устройство барботажной колпачковой тарелки.
В барботажном абсорбере основной деталью его устройства является
бар-ботажная колпачковая тарелка, на днище 4 которой находятся семна­
дцать горловин 3, перекрытых колпачками 1. Барботажные тарелки зажаты
между фланцами отдельных царг, расположенных одна над другой и соеди­
нённых болтами в один аппарат колонного типа. На каждой тарелке при ра­
боте имеется слой жидкости, высота которого определяется высотой порога
переливного устройства 2 над днищем тарелки. Нижний конец переливного
Устройства 2 опущен в слой жидкости шцкележащей тарелки, благодаря чему
создаётся гидрозатвор, препятствующий прохождению газа с одной тарелки
на другую через переливные устройства.
89
Газ проходит через горловины тарелки под колпачки, края которых
щсны в слой жидкости, и барботируя через слой жидкости, вступает с нсй^'
Колпачок
Рис. 25. Устройство барботажной тарелки
1 - колпачок; 2 - переливное устройство; 3 - горловина; 4 - днище, 5 - скоба
Газ постепенно с тарелки на тарелку поднимается вверх, обедняясь по­
глощаемыми жидкостью аммиаком и диоксидом углерода, а рассол, стекая
сверху вниз с тарелки на тарелку, постепенно обогащается поглощаемыми
компонентами из газовой фазы.
Г аз, барботируя сквозь слой жидкости, вспенивает её, создавая громадное
количество мелких пузырьков, благодаря чему создаётся большая поверх­
ность соприкосновения между газом и жидкостью — поверхность массопередачи.
Процесс абсорбции подчиняется осповному закону массопередачи, в со­
ответствии с которым количество вещества передаваемого нз одной фазы в
другую определяется следующим уравнением:
G = К F ДР кг/ч
где:
(38)
F - поверхность массопередачи,
90
•ч
1 ,
*
ДР - разность между парциальным давлением компонента в газо-войфазе и равновесным давлением поглощаемого компонсн-та при данных условиях над раствором,
К - коэффициент массопередачи,
Из уравнения видно, что чем больше поверхность массопередачи, тем ин­
тенсивнее будет протекать процесс абсорбции.
В отделении абсорбции все барботажные аппараты имеют одинаковый
диаметр (чаще всего - 2 ,8 м).
В последнее время для поглощения аммиака и диоксида углерода стали
устанавливать абсорберы с трубно-решетчатыми и решетчатыми контактны­
ми элементами (рис. 26). Новый противоточпый абсорбер представляет со­
бой вертикальный цилиндрический аппарат, оснащенный распределитель­
ным устройством 1, противоточными решетчатыми тарелками 2 , противоточными трубчаторешетчатыми тарелками 3 и перераспределительной та­
релкой 4.
Абсорбер состоит из отдельных царг, выполненных из чугуна марки
СЧ 24-44 со стенками толщиной 30 -40 мм. Общее число царг 20 шт.
Высота
царг (межтарелочное расстояние), в которых установлены
противоточные трубно-решетчатые тарелки, равна 950 мм; высота царг, в
которых установлены противоточные решетчатые тарелки, - 900 мм.
Противоточные решетчатые тарелки выполняются из титана и состоят
из секций, которые крепятся к опорному кольцу и опорным балкам. Каждая
секция снабжена щелевыми отверстиями 110x15 мм, образующими свобод­
ное сечение контактного элемента.
В таблице 20 приведены сравнительные характеристики барботажного
и трубно-решётчатого абсорберов.
Таблица 20. Сравнительные характеристики абсорберов
Показатели
АБ-1
Производительность,
т/суг
Диаметр, м
Высота, м
Масса, т
Относительная стои­
мость. %
600
2.8
6,96
38.5
Абсорбер барботахныЯ
Всего
АБ-2
Абсорбер протавоточный
600
18
13.73
102,4
600
2.8
20.7
140.9
900
18
19.8
95
.
100
90
Трубно-решётчатая противоточная тарелка состоит из четырёх трёхряд­
ных
^"теплообменных секций 1, имеющих по двадцать восемь трубок, которые с
одной стороны закреплены в трубных решётках 7, а с другой - в переточных
оаарных коробах со съёмными крышками. Трубные решётки, персточные
короба с крышками и трубки изготовлены из титана. Теплообменные секции
91
установлены горизонтально в боковых фланцевых разъёмах царг 3
перпендикулярно продольной оси аппарата. Фланцевые разъемы со стороны
коробов закрываются чугунными крышками 6 , а со стороны трубных
решёток - крышками 2 из углеродистой стали с внутренними перегородками,
служащими для изменения направления движения воды. Отвод тепла
происходит на трубно-решёт-чатых тарелках. Охлаждающая вода подводится
в нечётные царги в виде шести потоков, а отводится из чётных царг (считая
снизу), проходя последовательно через две тарелки.
Рис. 26. Абсорбер с трубно-решетчатыми тарелками
1 - распрсдсшггельиос устройство; 2 - противоточная решетчатая тарелка;
3 - противоточный трубно-решетчатый коигактиый элсмс1гг, перераспре­
делительная тарелка; 5 - нпуцер вывода парогазовой смеси
92
На рис. 27 показано устройство трубно-решетчатого контактного
элемента.
Противоточные трубно-решетчатые контактные элементы более
эффективны по сравнению с обычпыми колпачковыми тарелками и
г трубчатыми холоди льниками. Интенсификация процесса достигается за
'
счёт:
.
увеличения поверхности контакта фаз - поверхности массопередачи н
турбулизации межфазной поверхности благодаря повышению скоро­
стей потоков;
. более интенсивного отвода тепла из зоны газожидкостного контакта,
<гго способствует повышению движущей силы абсорбции в результате
I
снижепня равновесного давления поглощаемых компонентов над
раствором.
- Кроме того, трубно-решётчатые тарелки эксплуатируются в широком
диапазоне нагрузок по жидкости и газу.
Промьгватели воздуха фильтров и газов абсорбции имеют по 4 барботажных тарелки и 6 царг. 2 -й промыватслъ газа колонн имеет б барботажных тарелок и 8 царг. Первый абсорбер (АБ-1) имеет 5 барботажных тарелок и 7 царг, а АБ-2 составлен из 7 чугунных царг и имеет
три барботажные тарелки. Верхние царги служат постаментом для
АБ-1 .Это позволяет создавать напор, обеспечивающий переток жидко­
сти из АБ-1 в АБ-2 самотеком с одновременным преодолением гид­
равлического сопротивления холодильника аммонизированного рассо­
ла.
Существуют АБ-2, где одновременно протекает абсорбции и отводится
выделяющееся при этом тепло. Он составлен из семи чугуштых царг общей
высотой 12 м. Средние 5 царг являются холодильниками. В каждой из них с
противоположных сторон имеются прямоугольные окна с фланцами, к
которым прикреплены трубные решетки. Трубные решетки закрыты
I крышками, обра-зующими переточпые камеры, через которые в трубки |
поступает охлажда-ющая вода В межтрубном пространстве снизу вверх
движется газ. Снаружи трубки орошаются рассолом пз АБ-1.
Холодильник газа дистилляции (ХГДС) нмсст 7 царг, пять из которых
оборудованы холодильными трубками, аналогично АБ-2. Охлаждаемый газ
Движется в межтрубном пространстве сверху вниз. Охлаждающая вода дви­
жется противотоком газу.
Для предохранения аппаратов от коррозии в АБ-1 вводят до 1 кг 62/«-го
сульфида натрия на 1 т соды. При взаимодействии с водой идет гидролиз
сульфида натрия, так как это соль сильного основания и слабой кислоты.
Na2S
+ 2Н20 = H2S + 2NaOH
93
(39)
Рис. 27. Трубно-решетчатый противоточный контактный элемент
а- решетчатая тарелка: 1- опорное кольцо, 2- сьевшая секция тарелки,
3- опорная балка;
б- трубно-рсшсгчатая противоточная тарелка: 1- теплообмшшая секция,
2- крышка стальная. 3- царга. 4- направляющая, 5- переточный короб, 6крышка чугуппая, 7- трубная решетка, 8- пгтуцср для вывода или ввода
охлаждающей воды
Выделяющийся при гидролизе сероводород реагирует с внутренней по­
верхностью чугунных и стальных аппаратов и покрывает её защитной плен­
кой сернистого железа. Вместо сульфида натрия можно использовать суль­
фид аммония.
Технологическая схем а от деления абсорбции КСЗ
На рис. 28 представлена технологическая схема отделения абсорбции
аммиака очищенным рассолом на КСЗ ( в связи с тем, что на КСЗ процессы
абсорбции и дистилляции объединены в одном общем отделение, фактически
на рис. 28 даётся технологическая схема отделения дистилляции и
абсорбции).
Очищенный рассол из отделения рассолоочистки поглощает остаточный
аммиак из хвостового газа абсорбции в промыватслс хвостового газа поз. Е
0412. Этот аппарат в обычно принятой терминологии называется ГТГАБ -
94
Л is
§3^
<!Л. 3
s &
3
g fs
5g SUJj £
• is 4
iH
|i?
s i I
lit
i 1f
* s:
8 2 1
•§*§
5 |l
H ?
!« •*
j ;8
Su. 7£*S.
o'
•-
о* O
ад о u
§ Н
S I -i
§ ?I
gsQ
•4 «Я-сS
iг l«та
l
i|i
s1 •S °'
о Q.-Q
1 з ;
1 §S
5 JU
о0 , 50 .0■•
31 1
“ IT
~ 1 «
5 4«
S §2
1«
95
3
a>
s
I
промыватель газа абсорбции. И далее слабоаммонизироваиный рассол
ступает в танк слабого аммонизированного рассола поз. F 0 4 13. Туда Же П°'
ступает слабый аммонизированный рассол из регенератора поз. Е0302 бика°
бонатного отделе!шя. Смешанный слабый аммонизированный рассол из тан
ка поз. F0413 насосами J0412a,b через фильтры поз. F0418a, b и холодильник
поз. С0412 направляется на абсорбцию в абсорбер E 04U .
Холодильник поз. С0412 представляет собой пластинчатый теплообмен
ник с металлическими пластинами, изолированными между собой с помо­
щью прокладок. Пластины собраны в определенной последовательности и
закреплены на каркасе теплообменника при помощи болтов.
Пластины собраны в определенной последовательности и закреплены на
каркасе теплообменника при помощи болтов.
Устройство пластинчатого
холодильника представлено на рис. 29.
Абсорбер - вертикальная колонна высотой 23,681м состоит из 21 чу­
гунной царги. Поглощение аммиака в абсорбере происходит с 7-ой царги по
15-ую царгу. Нижняя часть абсорбера играет роль ёмкости для аммоггизированного рассола и имеет диаметр 2,5 м. Средняя часть абсорбера включает в
себя шесть кожухотрубчатых холодильников, охлаждаемых оборотной во­
дой. Верхняя часть имеет диаметр 1,8 м, состоит из 5 одноколпачковых та­
релок и является барботирующей частью абсорбера, где происходит погло­
щение аммиака н диоксида углерода рассолом.
Из отделения абсорбции рассол через фильтры Ғ0419а,в насосами поз.
J0413a.b идёт в холодильники поз. С041 la.b и далее в танк аммонизирован­
ного рассола поз. F0416. Холодильники поз. С0411а,Ь - пластинчатые теплооб-менники с поверхностью 35 м2. Из танка рассол насосами поз. J0414a,b
направляется в отделение карбопизации в колонну предварительной карбо­
низации поз. E0301d.
Газы, выходящие из абсорбера, идут в промыватель хвостового газа поз.
Е0412 (ГГГАБ) для улавливания остаточного аммиака. В промывателе про­
мывка газа осуществляется очищенным рассолом и при помощи вакуумнасоса поз. J0415a,b газ далее отсасывается в отделение компрессии. Из
промывателя хвостового газа слабый аммонизированный рассол идет в аб­
сорбер.
Количество аммиака, теряемого в процессе производства восполняется
путём подачи газообразного аммиака в нижшою часть абсорбера поз. E04I1
из сети завода. Расход газообразного аммиака поддерживается при помощи
пневматического клапана с дистанционным управлением.
Холодильники отработанной жидкости слабого аммонизированного рас­
сола поз. С0402, слабого аммонизированного рассола поз. С0412, аммонизи­
рованного рассола поз. С041 la,b охлаждаются о б о р о т н о й в о д о й . Для про­
мывки холодильников от отложения солей предусмотрена промывка разбав­
ленным раствором соляной кислоты.
96
Соляная кислота, доставля­
емая в автоцистернах на произ­
водство кальцинированной соды
из узла кислоты соляной инги­
бированной дистилляционной
опреснительной
установки
(ДОУ) концентрацией 20-23%
(масс.) загружается в ёмкость
для промывной кислоты поз.
F0417. Туда же подведена обо­
ротная вода для разбавления.
В ёмкости приготавливается
раствор соляной кислоты кон­
Рис. 29. Пластинчатый холодильник
центрацией 5-7% и далее он
1- пластины; 2- штуцер для выхода охлаждаю­
щего раствора;
насосом поз. J0416 направляет­
3- штуцер для ввода охлаждающей воды; 4- не­ ся на промывку холодильников
подвижная плита;
поз. С0411, С0412, С0402, а
5- резиновые прокладки; 6- штуцер для ввода
также межтрубного простран­
горячего раствора;
теплообменника
поз.
7- штуцер для вывода охлаждающей воды; 8- ства
С040lb, трубного пространства
подвижная плита
водобаков абсорбера поз. Е0411
и внутренней части абсорбера.
Отработанный промывной раствор соляной кислоты возвращается в ём­
кость поз. F0417, откуда затем отправляется в шламоотвалы.
Нормы технологического реж има абсорбции
Важное значение имеет температура газа, поступающего из дистилляции.
Она должна быть после холодильника газа дистилляции (ХГДС) в пределах
60 - 65°С. Охлаждать газ до более низких температур опасно, так как при
этом могут образовываться твёрдые углеаммонийные соли, которые забьют
трубопроводы. Повышение температуры газов после ХГДС тоже нежела­
тельно, так как в
составе этих газовбудет
повышенное содержание водяны
паров, конденсация которых в абсорбере приведёт к разбавлению рассола и
повышению его температуры. Требуется регулировать подачу рассола в со­
ответствии с количеством поступающего из отделения дистилляции аммиака.
Необходимо
следить
за
уровнем
жидкости
в
сборнике
аммонизированного рассола.
При нормальной согласованной работе
отделений дистилляции, аммо-низации и карбонизации приход и расход
аммонизированного рассола должны быть равны. В этом случае уровень
аммонизированного рассола в сборнике не должен изменяться. С н иж ете
Уровня говорит об увеличенной нагрузке отделения карбонизации. Для
нормализации уровня необходимо увеличить нагрузку на отделение
Дистилляции и соответственно увеличить подачу очищенного рассола на
аммонизацию. При повышепии уровня в сборпихе аммонизированного
97
рассола необходимо увеличить нагрузку на карбонизацию. В таблице
приведены регламентные нормы отделения абсорбции.
Таблица 21. Нормы технологического режима отделения абсорбции
№
Поток реагента нлн аппарат
1.
Газ дпстплляцпп на выходе
из дистиллятора
Газ дистилляции после хо­
лодильника поз С 0401
Газ дпсш лляш ш на входе в
абсорбер
Огходяпщ й газ после аб­
сорбции
А ммош оированный рассол
из абсорбера
2.
3.
4.
5.
6.
Танк аммонизированного
рассола
7.
Общий вакуум в системе аб­
сорбции
Темпе­
ратура,
°С
80-88
Давление,
кПа
60-65
60-65
35-45
До 10
от-5,3 до
+5,3
-20
36-42
0,35 МПа
40
разреже­
ние
-0,2 до -3,5
-26,7 до
-30,7
Концентрация
10
_
свободного N H j - 96-98 н д ,
общее содержание ионов
хлора СГ -84-88 н .д , отно­
шение NHj/С Г * 1,13-1,17;
содержание ионов S2- 0 ,0 0 5 -0 ,0 1
6. Контрольные вопросы
1.Приведите технологическую схему отделения абсорбции.
2.Какие реакция протекают в процессе абсорбции?
З.Объясните принцип работы колонны абсорбции.
4.Какие типы абсорберов используются в производстве соды.
5 .Основные задачи стадии аммонизации.
6.Нормы технологического режима отделения абсорбции.
7.Какие факторы влияют на процесс абсорбции.
8 . Объясните принцип работы абсорберов.
I
I
98
ГЛАВА V II. К А РБ О Н И ЗА Ц И Я АМ М ОНИЗИРОВАННОГО РАССОЛА
ф изико-хим ические основы карбонизации аммонизированного рассола
В общем виде процесс карбонизации - это абсорбция С 0 2 аммонизиро­
ванным рассолом и осаждение образующегося бикарбоната нэтрия - проте­
кает так:
NaCI + C 0 2 + N H j + Н20 = NaHCOj + NH 4C1
(3)
Количество абсорбированного диоксида углерода характеризуется
степенью карбонизации системы (Rc), определяемой отношением всего
поглощенного диоксида углерода (С 0 2 обш), находящегося как в жидкой, так
и в твердой фазе, к общему содержанию аммиака в жидкой фазе ( NHj rfo) :
Rc = С 0 2 общI NH 3 обо
(40)
Количество ССЬ в твердой фазе, эквивалентное NaHCOj, определяется
по содержанию в растворе связанного NH 3 - NH4CI, соответствующего
осажденному NaHCOj. Количество связанного аммиака вычисляется по
разности между общим аммиаком и прямым титром, которая определяется
количеством только того NH<C1, которое соответствует осажденному
N aH C O j:
(связ.С 02) + 2 (с в я з . NHj)
Rc = ------------------------------------------- ,100%
(общ. NH 3 )
(41)
где: общ. С 0 2 - общее содержание поглощенного С 02, включая
содерзкание его в твёрдой фазе, в пл.;
связ. С 0 2 - концентрация связанного СО; в растворе в н.д;
связ. NH 3 - концентрация связанного аммиака в растворе в нщ.;
общ. N H 3 - общее содержание аммиака в растворе в н.д
Здесь все концентрации веществ выражены в Н .Д ., поэтому при
пересчете NH 4C1, то есть связ. NH3, на диоксид углерода С 0 2, связанный в
виде N aH C 0 3, содержание связанного аммиака увеличивается вдвое. При Rc
~ 200 % , то есть когда на 1 н.д. аммиака приходится 2 н.д. С 0 2, все
углекислые соли в системе существуют в виде бикарбонатов:
NaCI + NH4HCO3
= N a H C O j + NH4CI
99
(2 )
х
Рис. 30. Диаграмма растворимости системы NaCl - NH 4CI - NH<HCOj - NaHCO, - Н20
I, ЦДЛ, IV - фигуративные точки системы, когда раствор васыщев
двумя солями;
Pi. Ра—фигуративные точки системы, когда раствор насыщен тремя
солями;
точка О - соответствует эквивалентному содержанию в растворе ис­
ходных солей.
В производственных условиях обычно степень карбонизации
составляет 187-193%. Степень использования натрия определяется как :
или
U n, = (NHJc„)./(C l„c« )
(42)
U n, = (NaHCO, о .)/N aC l
(43)
Растворимость в этой четырехкомпонептпой системе была исследована
Фсдотьевым П.П. при давлении С 0 2 в подаваемом на карбонизацию газе 1
кг/см 2
В этих условиях Rc не может достичь 200%. Федотъев нашел, что в
интервале температур 0-30°С стабильной парой солей являются NHjCI и
NaHCO). Это говорит о том, что в пределах исследованных температур
твердые фазы NaCl и NH 4HCO1 не могут существовать совместно и
100
переходят в стабильную пару NaHC0 3 и NR,C1. Поэтому из четырех солей,
участвующих в этой реакции, в твердой фазе могут быть одновременно две
стабильные соли и одна неустойчивая, то есть NaHCOj - NH,C1 - NHjHCO,
„ли NaHCOj- NFUCl - NaCI.
Графические расчеты равновесия 4-х
компонентной системы удобнее проводить по квадратной диаграмме
представленной на рис. 30.
Раствор в точке Р, содержит соли NaHCOj - № Ш - NaCI, а в осадке
содержатся соли NH 4HCO3 - NaHC0 3 - NH4CI, так как эта точка отвечает
инконгруэнтно насыщенному раствору, а точка Р2
- конгруэнтно
насьпдетюму раствору. Точки расположенные на большей части диаграммы
диагонали BD лежат в области насыщенных растворов NaHCOj. Поэтому
при взаимодействии исходных солей в твердую фазу будет выпадать
NaHCOj. При этом состав раствора будет изменяться вдоль луча NaHCOj до
пересечения с линией сетки изогидрат, в которой раствор становится
равновесным с твердой фазой NaHCOj.
В зависимости от количества воды в системе, луч NaHCOj может дойти
до пересечения с кривой IV-Pj или с точками Pj и Р3 в зависимости от
состава исходной смеси (точки «с», «а» и «в» соответственно). При этом
состав выделяющейся твердой фазы будет характеризоваться точкой
пересечения с той или другой пограничной кривой. Например, в точке
пересечения «d» в твердую фазу будут выделяться соли NaHCOj и
NHjHCOj.
Количество выпадающей твердой фазы обратно пропорционально длине
отрезка от точки “а,Ь, с,О “ до пересечения с линией пасыщепия двумя
солями. Максимальное значение отрезка при соединении вершины NaHCOj
«А» с точкой Р j, а при дальнейшем движении вправо величина отрезка
умснъшаст-ся.
Соотношение между аммиаком и хлористым натрием должно быть
близко к единице. Некоторый избыток аммиака нужен для компенсации!
потерь его в процессе карбонизации. На диаграмме представлена изотерма
при 15°С. Положение линий с изменением температур меняется. Полное
представление может дать только изображение диаграммы в трехмерпом
виде в пространствен­
ных координатах.
Коэффициент использования натрия - U n« зависит от температуры
процесса. Максимальная степень использования натрия достигается при
32°С. На практике степень использования натрия составляет 70-75 %. Эта
Цифра отвечает и фактическому выходу NaHCOj
Степень использования натрия Uh, - это отношение количества
осаждепного
NaHCOj в н.д. к исходному содержанию NaCI:
NaHCOj осажа
101
U n.
=
--------------------------------- —
100%
N a C l» ,
Причины такого малого выхода N aH C 0 3 :
1) В идеальной системе выход выше, а в реальных условиях не
аммиак, присутствующий в системе, связан в виде бикарбоп"*
аммония, а часть его содержится в виде карбоната аммония™
(ЫН4)2СОз. Из-за этого в системе присутствует не только бикарбонат
но и карбонат натрия;
2 ) реальная степень карбонизации всегда ниже теоретической величины
R, ,„ р = 200%, а Ксф5™ = 187-193%.
3) нельзя использовать раствор насыщенный сразу тремя солями
ЫаНСОз, NH 4 Н С О з и NH 4C1 , так как тогда осадок NaHC0 3 будет
загрязнен солями NHi НСОз и NRiCl, что недопустимо. Поэтому
используют раство ры насыщенные только гидрокарбонатом аммония
ЫаНСОз- Кроме того, получить раствор, насыщенный сразу тремя
солями практически и невозможно так как ;
а) рассол сразу же не насыщен по NaCl;
б) при аммонизации происходит увеличение объёма раствора, что
снижает концентрацию солей;
в) в процессе карбонизации теряется часть аммиака
4) на практике
не достигаются условия, отвечающие равновесным
значениям, в первую очередь из-за ограничений во времени, так как
установле-ние равновесия это слишком продолжительный процесс.
В таблице 22
показаны состав раствора и зависимость степени
использовэ-ния натрия от температуры раствора.
Таблица 22. Зависимость степени использования натрия от
температуры раствора
Т емпература
U n* %
С о с т а в р а с т в о р а . н .д .
р аствора, °С
С 1“о б ц
N H 4 общ*
N H i c m j*
С 0 2 об«
0
9 6 ,8
80
7 1 ,2
1 9 ,2
7 3 ,6 _____
15
105
9 7 ,2
8 2 ,8
2 8 ,8
7 8 .8
30
1 1 3 ,8
1 1 2 ,6
95
3 5 ,2
8 3 .5
32
115
114
9 6 ,5
3 5 ,8
8 4 .0
Для определения количества бикарбоната натрия, которое можно осадить
из карбониэуемого раствора при достижении равновесия в том случае, когда
известны температура и конечная степень карбонизации раствора, можно
рекомендовать эмпирическое уравнение Г.И.Микулина:
D = 0,46Р + 0,54А +0.62R - 0 ,1 7t - 140
102
Где: D - количество осажденного бикарбоната натри, т о ва 1000 г воды в исходном
растворе,
р - количество хлорида натри, эха. и 1000 г воды в исходном растворе,
А - количество аммиака. экв на 1000 г воды в нсхолпом растворе,
t - температура суспензии, выходящей нт карбонизационной колонны, °С
R - степень карбонизации,0/*
С тепень карбонизации буд ет при этом определяться к а к :
R = (гс + 2Х {,“ )!00/Х<"<ш
Где: X*04" - общая концентрация аммиака в осветленной части суспензии, h i ,
Z* - концентрация диокенла углерода в осветленной части суспензии, а д
Из приведенного выше уравнения следует, что с увеличением концентра­
ции исходных веществ количество осажденного бикарбоната натрия растет.
Степень карбонизации
в этом уравнении зависит от содержания
диоксида углерода в карбонизующем газе. Чем выше среднее содержание
диоксида углерода, тем выше
производительность карбонизационной
колонны и, значит, тем меньше
объем газа, проходящего через
карбонизуемый раствор, что, в свою очередь, снижает выдувание аммиака и
уменьшает расход энергии на транспортирование газа.
Степень карбонизации будет зависеть от концентрации СО* в газовой
фазе:
R с = f ( Рсс>2 - Рсог*)
(44)
где : Р со*- это упругость СОз в газовой фазе,
Р СОг* - это упругость ССЬ в жилкой фазе, то есть над раствором
Чем больше концентрация СО* в карбонизующем газе, тем выше степень
карбонизации, тем выше производительность карбонизационной колонны и,
значит, тем меньше объём газа, проходящего через карбонизуемый раствор,
что, в свою очередь, снижает выдувание аммиака из карбонизуемого рассола
и умепыпает расход энергии на транспортирование газа.
Источники С 02:
- газ из печей кальцинации - 85-90% ССЬ.
- газ из извсстково-обжигатсльных печей - 33-40% СОт.
Все потери С 0 2 в производстве восполпяются газом известковых печей.
Поэтому чем больше потерь С О ;, тем разбавлсннес будет газ, поступающий
на карбонизацию.
Степень использования С 0 2 в производстве :
100 (С 0 2^
-C C W )
U с о :-------------------------------------------------------------(45)
103
c o 2пост ( 1 0 0 - с о 2 « e )
где: С О гш с- средняя коицепграппя ССЬ в поступающем газе,
CCh on - ш щ сотрацпд СО- в газе па выходе из рабочих колонн
Фактическая степень использования диоксида углерода составляет 83
88%. Снижение температуры суспензии приводит к увеличению количества
осаждаемого гидрокарбоиата натрия за счет уменьшения его растворимости
и снижения равновесного давления диоксида углерода над раствором, а, сле­
довательно, и увеличения количества поглощаемого С 0 2. Однако снижение
температуры суспензии возможно до определённого предела, при котором в
осадок выпадает хлорид или гидрокарбонат аммония, растворимость которых
уменьшается с понижением температуры.
Чем ниже температура карбонизации, тем больше выход NaHCOj в твер­
дую фазу. Это справедливо в пределах температур от 30 до 20°С. Средняя
температура охлаждающей воды на входе в холодильные элементы карбони­
зационной колонны 20-25°С. Поэтому температура суспензии колеблется в
пределах 25-30°С.
Температурный режим карбонизационной колонны влияет не только на
качество кристаллов Naf ICO -, но и на скорость поглощения диоксида угле­
рода. На рис. 31. представлена зависимость оптимального режима процесса
кар-бонизации от степени карбонизации. Характер кривой на рисунке опре­
деляют два фактора от которых зависит скорость поглощения диоксида уг­
лерода - скорость диффузии активного компонента к поверхности контакта
фаз и равновесное давление диоксида углерода над карбонизусмым раство­
ром.
Чем выше степень карбонизации, тем ниже температура при которой
начинается отрицательное влияние равновесного давления диоксида
углерода на скорость его поглощения. Поэтому оптимальные температуры с
повышением степени карбонизации снижаются.
Как видно из графика при степени карбонизации около 100%, то есть в
начальный период кристаллизации NaHC03, когда образуются кристалличе­
ские зародыши, оптимальная для скорости поглощения температура состав­
ляет около 50°С, но на практике в этой зоне карбонизационной колонны
поддерживают температуру 60 - 68°С из-за необходимости получать кри­
сталлы хорошего качества. При выходе из колонпы степень карбонизации
суспензии составляет 185 - 190%. Из рис. 31 следует, что при такой степени
карбонизации оптимальная температура выходящей суспензии должна быть
ниже 20°С. Однако из-за требований, предьявляемых к качеству кристаллов
бикарбоната натрия, температуру поддерживают на уровне 25 - 30°С.
Из сказанного выше становится понятным, что главным фактором,
определяющим температурный режим по высоте колонны карбонизации,
является качество кристаллов бикарбоната натрия.
С ростом степени карбонизации падает и скорость абсорбции диоксида
углерода. Эта зависимость представлена на рис. 32. Причём, если в области
низких степеней карбонизации скорость абсорбции растёт с ростом темпера­
104
тур в указанном интервале, то в области высоких степеней карбонизации эта
зависимость нарушается.
Процесс карбонизации это абсорбция, осложняющаяся
химической реакцией и процес­
\
сом кристаллизации. Для систем
в содовом производстве харак­
N
терно существование пересы­
\
—
\
щенных растворов. Неравновес­
\
ное состояние жидкой фазы ве­
дет за собой и неравновеспое
\
50
70
90
100
130 150 170
состояние газовой фазы. Если
П р о ц е н т ка р б о н и за ц и и
прек-ратить подачу в раствор
- р(/с 3^1
диоксида углерода, то состав
раствора все равно будет меняться, так как это неравновесный состав.
Температура в ‘С
N
Причины неравновесности:
1)
в условиях процесса аммонизации для растворов характерно карбамат­
ное пересыщение из-за того, что процесс гидролиза карбамата очень медлен—- ный;
Рис. 31. Оптимальный температурный 2)
существование кристалрежим процесса карбонизации в зависи- лизаиионного пересыщения
моста от степени карбонизации ^ — '
бикарбоната нтрия.
—
Скорость абсорбции СОг :
W= х К, ( Рсоз - Pcoj*)
(46)
где “X” - коэффициент, учитывающий влияние химической реакции
К а- константа скорости абсорбции
Метастабильная система будет отличаться от равновесной и по составу
газовой фазы. На рис. 33 показаны парциальное давление СО- при разных
температурах (Т) и степенях карбопизации (Rc).
равновесные парциальные давления СО; - пунктирные линии,
метастабилъные парциальные давления СО? - сплошные липни
Для диоксида углерода справедлив закон Генри. С некоторым приближе­
нием его можно приметпъ и для аммиака. Фактическая упругость над рас­
твором меньше, чем над равновесным раствором за счет карбаматного пере­
сыщения при степени карбонизации меньше 100%. При стелет! карбониза­
ции 100% и выше начинается бикарбонатное пересыщение. Поэтому упру­
гость Рсо, резко возрастает н становится намного выше, чем равновесная
Рс°2 • По мере начала кристаллизации Рсо; почти не меняется, а затем ско­
рость кристаллизации и абсорбции выравпиваются и лилии упругости Рсог
Для равновесного и мстастабильного состояний сливаются.
105
абсорбции, кг/(м*ч)
С т епе нь ка р б они за ци и R c.%
Рис.32. Скорость абсорбции С 0 2 в про­
цессе карбонизации аммонизиро­
ванного рассола
Рис.33. Равновесные р* и метастабильные р“ давления С 0 2 в процес­
се карбонизации аммонизированного
рассола в зависимости от степени
карбонизации равновесные парцидавления С 0 2 - пунктирные
метастабильные парциальные
давления С 0 2 - сплошные линии.
На рис. 33 показаны парциальное
давление С 0 2 при разных температурах
(Т) и степенях карбонизации (R«).
В процессе карбонизации сложный
температурный режим, который обу славливается особенностями кристал­
лизации гидрокарбоната натрия. К кристаллам NaHCOj предъявляются
жёсткие требования по размерам и форме.
Кристаллы должны быть крупные, что облегчает фильтрацию и промыв­
ку кристаллов. Размер кристаллов должен быть 100-200 микрон. Мелкие
илистые или сросшиеся игольчатые кристаллы в виде друз трудно фильтру­
ются и промываются, забивают поры фильтрующей ткани и удерживают
много влаги и маточного раствора, что в свою очередь способствует увели­
чению расхода тепла в кальцинации и повышению содержания хлор-иона в
готовой соде.
Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей в виде
очень мелких кристалликов гидрокарбоната натрия, из которых при соблю­
дении нормального технологического режима образуются кристаллы в виде
коротких цилиндров - «бочек». При отклонении от норм технологического
режима в процессе кристаллизации образуются кристаллы, имеющие форму
106
длинных цилиндров и склонные к образованию сростков в виде «снопов» ДРУ3-
,
В этом случае выделяется большое количество мелочи в виде игольчатых
кристаллов и бесформетгных обломков.
Наиболее сильное влияние на размер и форму кристаллов оказывает тем­
пература, при которой протекает процесс карбонизации во время образова­
ния кристаллических зародышей бикарбоната натрия. Опытным путём уста­
новлено, что чем выше температура, при которой образуются кристаллы,
тем они крупнее и правильнее по форме. Кристаллы бикарбоната натрия, об­
разовавшиеся при температуре 60 —65°С, почти полностью состоят из «бо­
чек», а кристаллы, образовавшиеся при более низких температурах, имеют
преимущественно форму «друз». В связи с большой чувствительностью кри­
сталлов к изменению температуры необходимо строго соблюдать темпера­
турный режим в течение всего периода процесса карбонизации.
Скорость кристаллизации:
Wk = Kk А С
где :
(47)
Kk- константа скорости кристаллизации
Л С - движущая сила процесса кристаллизации (пересыщение раст­
вора)
Д С = (NaHCOj) н.р. -(NaHCOj) p.p.
н.р. - неравновесный раствор
p.p. - равновесный раствор
Константу скорости кристаллизации вычисляют по уравнению:
724
lg К |с =
+ 1»504
(48)
Т
Процесс кристаллизации бикарбоната натрия характеризуется двумя пе­
риодами:
1. образование мелких кристаллических зародышей - центров кристал­
лизации - это метастабильное состояние системы или период индук­
ции;
2 . рост образовавшихся зародышей - период массовой кристаллизации.
Величина и форма кристаллов в обоих периодах зависят от скорости про
текания процессов. Чем больше образуется в начальный период кристалли­
ческих зародышей, тем больше получится конечных кристаллов и тем
меньше будут их размеры. Поэтому для получения крупных кристаллов
необходимо создать в начальный период кристаллизации такие условия, при
которых число образующихся в растворе кристаллических зародышей будет
ограничено.
В содовом производстве мстастабильный - индуктивный период со­
ставляет 10 мин. Для ограничения числа образующихся зародышей нужно
107
ограничить количество центров кристаллизации, для чего нужно сни
скорость кристаллизации в этом периоде.
зить
Как видно из уравнения (48), константа скорости кристаллизации (К )
ростом температуры возрастает. Движущая сила процесса (ДС) с росго
температуры падает. Однако суммарно с повышением температуры скоросто
кристаллизации падает. Так при 20°С кристаллизация NaHCO, начинается
при степени карбонизации Rt = 122 % и при пересыщении около 29 н.д., а при
40 “С начало карбонизации сдвигается до Rc=106% при пересыщении около
13 н.д.
Таким образом, при повышении температуры от 20 до 40°С пересыщение
уменьшается в 2,2 раза, тогда как Кг увеличивается всего лишь в 1,4 раза
Оптимальная температура для скорости поглощения С 0 2 около 50°С, но в
этой зоне в производстве увеличивают температуру до 60-65°С из-за требо­
ваний, предъявляемых к качеству кристаллов. При выходе из колопны сте­
пень карбонизации суспензии 185-190%. При такой степени карбонизации
оптимальная температура выходящей суспензии должна быть ниже 20°С.
Однако для получения качественных кристаллов бикарбоната натрия темпе­
ратура суспензии на выходе из карбоколонны должна быть 25-30°С,
Для повышения температуры в колонне достаточно тепла реакции. Сни­
жение температуры в верхней части карбоколонны происходит за счет пода­
чи слабого газа, так как в этом случае выделяется меньше тепла. После осу­
ществления индукциотюго периода нужно понижать температуру для уве­
личения скорости кристаллизации, чтобы обеспечить дальнейший рост обра­
зовавшихся зародышей. Понижение температуры и карбонизация раствора
поддерживают пересыщение. Однако по мерс выпадения в осадок бикарбо­
ната натрия, то есть снижения концентрации ионов натрия в растворе, пере­
сыщение уменьшается и к выходу суспензии из карбоколонны оно прибли­
жается к нулю. При резком понижении температуры пересыщение увеличи­
вается в большей степени. Чем выше скорость абсорбции диоксида углерода,
тем в большей степени растёт пересыщение. Чтобы пе произошло образова­
ния новых зародышей из-за резкого пересыщения, исключают резкое пере­
охлаждение и повышение копцентрации СО,.
Постепенное равномерное охлаждение раствора в процессе кристаллиза­
ции NaHCO, необходимо и для правильного роста кристаллов, которые
должны иметь форму коротких цилиндров ("бочек”). Для более полного вы­
деления NaHCO, к выходу раствора из карбоколонны температура должна
быть как можно ниже. Но слишком сильное охлаждение приведет к одновре­
менному выпадению NbLtCl. Оптимальная температура 25-30°С. Концыпрированный газ подастся вниз колонны для повышения движущей силы про­
цесса карбонизации.
В процессе карбонизации внутренние поверхности
карбоколонны постепешю покрываются коркой бикарбоната натрия. Отло­
жению кристаллов способствуют замедленное движение жидкой пленки,
прилегающей непосредственно к твердой шероховатой поверхности, и более
низкая, чем в общей массе жидкости, температура наружных стенок колон­
ны и охлаждающих поверхностей. Это увеличивает степень пересыщения
108
раствора, а следовательно, и скорость кристаллизации непосредственно на
твердых поверхностях колонны. Приставшие к поверхности кристаллы об­
легчают последующее отложение массы кристаллов бикарбоната натрия.
Слой осадка посгепетю увеличивается и свободное сечение для прохода
жидкости и газа уменьшается. Нормальная работа колонны нарушается. Ли­
нейная скорость газа в местах отложений постепенно увеличивается и начи­
нает оказывать сопротивление прохождению жидкости сверху вниз карбоколонны. При больших отложениях движение жидкости через засоренный уча­
сток может прекратиться совсем. Ниже этого участка суспензия уходит в
мерник. В результате сопротивление столба жидкости в колонне уменьша­
ется , давление газа на входе в карбоколонну падает, газ начинает пробивать­
ся в мерники. Поэтому её необходимо периодически промывать, то есть
освобождать от образовавшихся на стенках и трубах наслоений кристалличе­
ской массы, количество которой может достигать до 4 - б т на одну колонну.
Промывка карбоколонны нужна еще и потому, что из-за отложений кристал­
лов бикарбоната на холодильных поверхностях существенно снижает ее теп­
лопроводность, в результате чего падает суммарный коэффициент теплопе­
редачи через теплообменные поверхности. Однако промывку ведут пе до
полного растворения корки, чтобы предотвратить коррозию железной по­
верхности диоксидом углерода и загрязнение соды образовавшейся окисью
железа.
Карбоколонна промывается аммонизированным рассолом, поступаю­
щим из отделения абсорбции, так как этот рассол содержит свободный амми­
ак:
2NaHCOj
+ 2NH4O H „ = NajCOj „ + (NH,)j СОэ « + 2Н;0
(49)
Период между промывками 3-4 дня. Промывка длится 16-20 часов. Что­
бы обеспечить непрерывность работы устанавливают несколько параллельно
работающих карбоколонн . из которых 3-4 работают, а одна на промывке.
Для лучшего перемешивания жидкости, а также для более быстрого
растворепия осадка в промывную карбоколонну подают слабый газ, содер­
жащий 35-40% диоксида углерода. Таким образом, промывка совмещается с
предва-рительной карбонизацией аммонизированного рассола. В этот пери­
од колонна находящаяся на промывке называется колонной предварительной
карбонизации (КЛПК).
Предварительная карбонизация аммонизированного рассола позволяет
уменьшить долю газа известковых печей, подаваемую па осадительпые ко­
лонны, что повышает среднюю концентрацию СО: в поступающем в эти ко­
лонны газе. А повышение концентрации СО: способствует повышешпо сте­
пени использования натрия в процессе карбонизации и росту производи­
тельности осадительных колонн.
Если в осадительных колоннах повышается температура, то будут поте­
ри аммиака, а за счет предварительной карбопизацми потери аммиака в ос
новных колоннах уменьшаются.
109
Предельное количество С 0 2, вводимое в раствор при предварительп
карбонизации, ограничено возможностью кристаллизации NaHCOj кот
не должна начаться раньше, чем жидкость поступит в осадительную колон
ну. Критическая степень карбонизации равна 82%.
В современных технологических схемах дополнительную более глубо
кую карбонизацию ведут в первом промывателе газа колонн (ПГКЛ-1) где
жидкость прошедшая карбоколонну предварительной карбонизации, погло­
щает С 0 2 из газа выходящего из осадительных колонн (в КЛПК до 60 и д
С 0 2 , а в П Г К Л -1 до 65-72 н.д.). Наличие ПГКЛ-1 позволяет поддерживать
более высокую концентрацию С 0 2 в газе после осадительных колот) без
ущерба для степени использования диоксида углерода в процессе карбониза­
ции. Повышение концентрации диоксида углерода в газе, выходящем из оса­
дительных карбоколонн, способствует поглощению С 0 2 в верхней части
колонны, ускоряет начало кристаллизации NaHCOj и тем самым расширяет
зону кристаллизации в осадительной колонне, повышает её производитель­
ность, сохраняя при этом высокое качество кристаллов NaHC03 .
Степень карбонизации зависит от содержания диоксида углерода в карбонизующем газе. Чем выше среднее содержание С 0 2, тем выше производи­
тельность карбонизационной колонны и, значит, тем меньше объём газа,
проходящего через карбонизируемый раствор, что, в свою очередь, уменьша­
ет выдувание аммиака и уменьшает расход энергии на транспортирование га­
за.
Технологическая схема отделения карбонизации аммонизированного
рассола на КСЗ
На рис. 34 представлена технологическая схема карбонизации аммони­
зированного рассола на КСЗ.
Приготовленный в отделении абсорбции аммонизированный рассол по­
ступает в бикарбонатное отделение для насыщения диоксидом углерода с
целью получения бикарбоната натрия.
Карбонизация аммонизированного рассола происходит в три стадии:
- первая стадия в колонне предварительной карбонизации поз.
Е030Id
- вторая стадия в колонне регенерации поз. Е0302
- третья стадия в осадительных карбоколоннах поз. Е0301а,в,с
В связи с частичным осаждением бикарбоната натрия, образующегося
при карбонизации аммонизированного рассола, на стенках карбоколонн и на
холодильных трубах, постепенно суживаются проходы для суспензии бикар­
боната и газа и ухудшается работа колонн карбонизации, производитель­
ность колош) по
мере зарастания уменьшается.
Учитывая также, что при этом, кроме того, снижаются коэффициенты
теплопередачи через стенки трубок холодильников колонн карбонизации,
осадительные колонны по очереди переключают на режим предварительной
110
карбонизации через 48 часов, пропуская через них свежий аммонизирован­
ный рассол, растворяющий корку бикарбоната натрия. Одна из 4-х карбоколонн (поз. E0301a-d) работает в режиме предварительной карбонизации в те­
чение 16 часов.
Аммонизированный рассол, содержащий 22,98% (масс.) поваренной соли
и 3,3% (масс.) диоксида углерода с температурой 38-40°С, из абсорбшш по­
даётся в общий коллектор. Из коллектора требуемое количество рассола
направляется в верхнюю часть колонны предкарбонизации поз. E030ld. Эта
колонна предназначена для предварительного частичного насыщения аммо­
низированного рассола углекислым газом и для подготовки рассола к основ­
ному процессу карбонизации. При этом в колонне растворяются отложения
бикарбоната натрия, образовавшиеся в период её работы в качестве осади­
тельной колонны карбонизации.
В нижнюю часть этой колонны поз. ЕОЗОЫ через общий коллектор из от­
деления компрессии подаётся промывочный газ, содержащий не менее 40%
СОг (объёмн.). Аммонизированный рассол, проходя через колонну, поглоща­
ет диоксид углерода из газа, при этом содержание С0 2 в растворе повыша­
ется до 5,36% (масс.).
Вследствие выделения тепла при поглощении СО2 температура раствора
возрастает. Для уменьшения выдувания аммиака из рассола в предкарбонизаторс предусмотрено охлаждение жидкости оборотной водой. Раствор на вы­
ходе из колонны предкарбонизации поз. ЕОЗОЫ имеет температуру 36-40°С.
Температура жидкости на выходе из колонны регулируется автоматически
подачей оборотной воды в холодильные бочки колонны. Жидкость далее
подастся в колонну регенерации поз. Е0302, в нижнюю часть которой посту­
пает газ, прошедший через колонны карбонизации поз. E0301a,B,c,d.
Газ из колонны поз. ЕОЗОЫ, содержащий 2,41% диоксида углерода про­
ходит через сепаратор в колонну регенерации поз. Е0302. Сюда же идут га­
зы из трёх карбоколонн поз Е0301а,в,с, содержащие 9,94% С02. Здесь идёт
вторая стадия карбонизации и содержание С0 2 в жидкости достигает 5,36%.
Колонна регенерации представляет собой три совмещенных аппарата.
Диаметр колонны 2,0 м, высота —26,915 м. В основании колонны установлен
бак для сбора предварительно карбонизированного рассола.
Центральная часть колонны является промывателем газов карбонизации
(ПГКЛ). Промывка осуществляется на шести колпачковых тарелках с одним
овальным колпачком и сливным устройством на каждой тарелке. Газы кар­
бонизации поступают в нижнюю часть аппарата н, двигаясь навстречу очи­
щенному рассолу, проходят последовательно через колпачок каждой тарелки.
Промытый газ удаляется через сетчатый отбойник.
В верхней части колонны установлен промыватель воздуха фильтров
(ПВФЛ), который состоит из трёх колпачковых тарелок, аналогичных уста­
новленным в промыватсле газов карбонизации. Газы фильтрации, проходя
снизу вверх, промываются очищенным рассолом и удаляются из верхнего
ппуцера.
111
Для наблюдения за процессом во всех частях корпуса колонны устано
ны смотровые стёкла.
е'
Предварительно карбонизованная жидкость из колонны регенерации
поз. Е0302 при помощи пасоса поз. J0304a/e подаётся в коллектор, из кото
рого распределяется по карбоколоннам поз. Е0301а,в,с. Жидкость подаётся в
верхние части всех трех параллельно работающих карбоколонн.
В колоннах карбонизации поз. Е0301а,в,с идет третья стадия карбониза­
ции, в результате чего образуются и выпадают кристаллы бикарбоната
натрия.
Газы из отделения компрессии направляются в общие коллекторы, из
которых автоматически распределяются и поступают в карбоколонны поз
Е0301 а,в,с. Газ в каждую карбоколонну подаётся двумя вводами: нижним и
верхним. В нижний ввод подастся нижнеступенчатый газ, содержащий не
менее 77% С 0 2 (масс.) и в верхний подаётся среднеступенчатый газ,
содержащ ий не менее 40% СО>т(масс.). Второй ввод служит для двух целей:
прежде всего для предупреж-деиия подвисания (захлёбывания) колото
опускающейся вниз колонны густой суспензии, а также для уменьшения
сопротивления колонны газу.
Карбоколонны поз. E0301a,B,c,d
имеют внутренний диаметр 2,5 м,
высоту 28,794 м и производительность 100-110 т/сутки. Число блоков
охлаждающей воды (холодильных бочек или царг) - 9 штук с поверхностью
теплопередачи 782 м2, диаметр трубок охлаждающей воды 50x2 мм, длина 2430 мм. В карбоколоннс 31 отсек.
Карбоколонна - вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из
трёх секций. В верхней части имеются две большие полые царги для
сепарации капель жидкости, уносимых с газом. Сепарациоиная часть
снабжена штуцером для выхода отходящего газа. Под сепарационной частью
установлены
9 отсеков. В верхней части имеются штуцера для ввода
карбонизуемой
жидкости. Отсеки предназначены для распределения
газового потока в объёме жидкости и обеспечения большей поверхности
соприкосновения газа и жидкости. Каждый отсек состоит из диска с
открывающимся и куполообразным колпаком с пилообразным краем. В
днищ е диска имеется центральное отверстие, через которое жидкость
движется вниз. Симметрично по центру диска имеются 8 пазовых отверстий
для прохода газа. Колпак имеет сферическую форму и зубчатый край для
равномерного распределения
газа по всему периметру колпака.
Поверхность диска и колпака имеет небольшой уклон в сторону движения
жидкости. Это делается для того, чтобы осадок бикарбоната натрия не
скапливался на диске. Верхняя секция изготовлена из нержавеющей стали.
Средняя секция снабжена 12 аналогичными отсеками, изготовленны м и из
плакированного титанового проката.
В нижней секции колонны установлены 9 царг охлаждающей воды, пред­
назначенных для охлаждения карбонизируемой жидкости и одновременно
донасьпцения её углекислым газом. Блок состоит из корпуса, пластов для
труб, труб с охлаждающей водой. О-образного уплотнительного кольца,
112
опорного кольца и крышек. Труба с охлаждающей водой выполнена го
нержавеющей
ста-ли.
Корпус
блока двумя
своими сторонами
устанавливается с помощью прямоугольных пластов для труб, в которых
просверлены 252 трубных отверстия. Два копца
каждой трубы с
охлаждающей водой вставляются в пласты для труб по сторонам и
герметизируются О-образными уплотнительными и опорными кольцами.
Трубные решётки закрываются крышками, с внутренней стороны
которых имеется перегородка, плотно прилегающая к трубной решётке и
разделяющая пространство между трубной решеткой и крышкой на две
камеры. Благодаря этому трубки, установлештые в одной холодильной
камере, разбиваются на два пучка, по которым последовательно движется
охлаждающая вода. Вода поступает под крышку трубной решётки и
движется по пучку труб. С противоположной стороны камеры вода по камере
между трубной решёткой и крышкой переходит в другой пучок труб и
движется в противоположном направлении, затем переходит в следующую
холодильную камеру и т.д., пока не пройдёт по всем холодильным камерам.
Штуцеры для входа и выхода охлаждающей воды имеются на одной го
крышек блоков охлаждающей воды.
Блоки охлаждающей воды разделены между собой отсеками такой же
конструкции, как и отсеки, установлештые в верхней и средней секциях. В
нижней секции установлено 10 отсеков.
В основании колошты установлен аппарат подачи газа. В днище колонны
по касательной подведена труба для выхода суспензии бикарбоната натрия. В
верхней части аппарата имеется штуцер, через который подаётся газ ввода
№1. Для распределения газа устанавливается конический отражатель. Газ
ввода № 2 поступает в колонпу через штуцер, расположенный на участке
холодильньтх камер между 5-й и 6 -й камерами. Нижняя секция изготовлена
из плакированного нержавеющего стального проката.
Благодаря подаче в нижнюю часть карбоколонн концентрированного газа
достигается высокая степень карбонизации выходящей из колонн суспензии,
а следовательно, и высокая степень использования натрия. Количество
газов, поступающих в колонны, регулируется автоматически.
113
114
Бикарбонатное отделение. Схема материальнрых потоков.
E030td ■коллонны npti карбонизации; E0302 ■колеты регенерации; £0301 а,Ь,с, ■карбоколонны:
в процессе карбонизации за счет тепла химических реакций жидкость
разогревается до 60-70°С. Для того чтобы снизить растворимость
бикарбоната натрия и получить более высокую степень использования
натрия
карбонизируемую жидкость в нижней части карбоколонпы
охлаждают до 28-32°С. Охлаждённая до 28-32°С суспензия отводится из
нижней части карбоколонн и самотёком под давлением столба жидкости,
находящейся в колонне, поступает в ёмкость для соды поз. F0302. Из
ёмкости для соды далее суспензия направляется на фильтрацию.
Автоматическое регулирование температуры суспензии на выходе из
карбоколонн поз. Е0401а-с осуществляется подачей охлаждающей воды в
холодильные камеры колонн.
В таблице 23 приводятся данные по составу содержащих диоксид углерода
газов, подаваемых в отделение карбонизации из углекислотной компрессии.
Таблица 23. Состав газов, поступающих на карбонизацию
из компрессии, в %, масс.
№
п/п
Компонент
1.
Углекислый газ
2.
3.
4.
Водяной пар
Кислород
Азот
Промывочный
газ
Среднеступенча­
тый газ
Нпжнсступенчатый
газ
54,49
54,41
84,62
0,81
2,73
41,97
0.%
2,73
41,91
1 ,0 3
1,41
12,95
Аппарат ура карбонизации
В отделении карбонизации поглощается 820-840 кг С 02, из которых погло­
щается в осадительной колонне - 77-80%, в КЛПК - 15%, в ПГКЛ-1 - 26% и около 2% в ПГКЛ-2. Степень использования С 02 достигает 85%. По­
тери СО: компенсируются за счет слабого газа из известковых печей, что
снижает среднюю концентрацию С 0 2 в карбонизирующем газе. Чтобы жид­
кость не нагревалась за счет тепла карбонизации, её до ПГКЛ-1 и после
охлаждают.
Газ и жидкость движутся противотоком. Для предотвращения
продольного перемешивания жидкости газом по высоте колонны между
бочками устанавливаются б а р б о т а ж н ы е тарелкн-пасссты. На такой тарелке 1
|
колпачок. В нижней части колонны для охлаждения суспензии установлены
холодильные
бочки.
Между
холодильными бочками установлены
барботажные тарелки. Бочки и барботажные тарелки делаются из чугуна
Тонкостенные трубки в холодиль-ных бочках делаются из нержавеющей
стали или из специального щелочестой-кого чугуна, содержащего 0,5 /о
никеля, 0,4% хрома, 0,4% марганца и 3,3% углерода.
В таблице 24 представлены основные характеристики карбонизационных
колонн применяемых в содовом производстве.
115
|
Таблица 24. Характеристика применяемых карбоколонн
Параметр
Дпаметр
Высота
Число бочек:
холодильных
абсорбционных
Общая поверхность
охлаждения
Производительность
Размерность
м
м
1,8
23,4
2,3
24
2,68
26,1
~~То
27
шт.
шт
7
22
9
20
10
25
8
17
мт/сутки
290
60
580
100
960
180
1345
250
Более современная колонна имеет диаметр 3 м, высоту 29,6 м, поверх­
ность охлаждения 2000 м‘, производительность 320-350 т/сутки. Она осна­
щена пере-крестными контактными элементами с переливом и дырчатыми
переливными тарелками, установленными в абсорбционной части колонны.
Сверху в колонну поступает раствор из первого промывателя газа колонн
(ПГКЛ-1), а в царгу-базу (первый ввод) и в абсорбциопную царгу,
расположенную над холодильной зоной колонны (второй ввод), подаётся газ.
В царгу-базу подают концентрированный по С 0 2 до 70-80% газ, а в
абсорбционную царгу, печной газ, содержащий до 40% С 0 2.
Работающая колонна заполнена раствором до определённого уровня,
который поддерживают постоянным, поэтому объём отбираемой суспензии
должен соответствовать объёму поступающего в колонну раствора.
Для достижения более полного поглощения диоксида углерода газ и
жидкость движутся в колонне противотоком. Для улучшения процесса теплои массопередачи между царгами устанавливаются пассетные контактные
элементы - тарелки.
Для
карбонизации
аммонизированного
рассола
применяют
осадительные
карбонизационные колонны (КЛ), в которых протекают два
параллельных процесса:
- абсорбция диоксида углерода
- кристаллизация бикарбоната натрия.
Тарелка состоит из днища 2 и перекрывающего его колпака 1. В дшпце
есть центральное отверстие - горловина 3, через которую жидкость движется
вниз. Ближе к периферии по окружности имеется несколько овальных
отверстий для прохода газа. Колпак имеет коническую или сферическую
форму и по краям снабжён зубцами, предназначенными для разбивания
поднимающегося в жидкости газа на отдельные струи, что увеличивает
поверхность контакта жидкости с газом и тем самым благоприятствует
поглощению диоксида углерода. Поэтому иногда в современных аппаратах
зубцы и отверстия в колпаках могут отсутствовать.
Поверхность днища и колпака имеет уклон в сторону движения
жидкости, что препятствует оседанию и скоплению осаждёшюго
гидрокарбоната на поверхности барботажной тарелки.
Для этой же цели в колпаках просверлены конические отверстия
диаметром на внешней стороне 12 мм и на внутренней 25 мм. Однако, как
116
зубцы, так и конические отверстия малоэффективны, так как при проходе
большого объема газа он выходит из под колпака сплошной завесой, а
отверстия забиваются осадком бикарбоната натрия.
т
Рис. 35. Карбонизационная колонна:
1- царга-база; 2- штуцер для входа газа; 3- холодильная царга; 4- абсорбционная
царга;5- штуцеры для входа жидкости; 6- сепараццонные царги; 7- ипуцеры для
выхода газа; 8- барботажная тарелка , №9- штуцер для входа газа, 10- штуцер
Для выхода суспензии.
117
Рис. 36. Барботажная тарелка карбонизационной колонны
1- Колпак; 2 - дшпце; 3 - горловина
Для осуществления нормального технологического процесса
суспензию бикарбоната натрия постепенно охлаждают при её движении к
выходу из аппарата, для чего в нижней половине колонны устанавливают
холодильные царги. Между холодильными царгами располагают
пассетные контактные элементы.
Производительность карбоколонны в определённой мере зависит от
числа холодильных царг, то есть от величины теплопередающей
поверхности, образуемой трубками, по которым движется охлаждающая
вода. Поэтому при изготовлении холодильных царг стремятся создавать
большие теплопередающие поверхности.
ПГКЛ-1 - первый промнватсль газа колонн - это пустотелая колонна,
состоящая из ряда чугунных бочек диаметром 2,8 м. Центральная часть
колонны заполнена насадкой из керамических колец 150x150 мм. Насадка
оро-шзется жидкостью с распределительной тарелки, над которой имеют­
ся три пустые сепарационныс бочки.
Кроме того, сверху на ППСЛ-1 стоит холодильник из 4-х холодильных
бочек для охлаждения жидкости. Общая высота двух секций насадки - 17
м.
Причём на последних этапах эти процессы проводят с отводом
выделяяющегося при абсорбции диоксида углерода тепла. Поэтому
осадительная карбонизационная колонна имеет две зоны: абсорбционную
и холодильную.
Ранее
на
содовых
заводах
применялись
карбоколонны,
представляющие собой цилиндрическую вертикальную ёмкость,
состоящую из отдельных царг.
118
Рис. 37. Карбонизационная колонна с перекрестными тарелками
1- абсорбционная цорга; 2- перекрёстно-точная -тарелка;
3 - холодильная царга
В последнее время для проведения процесса карбонизации разработана
колоты с перекрёстно-точными контактными элементами и переливом
Дырчатые переливные тарелки, которые устанавливаются в а сор пион
части колонны. Такая харбоколонна представлена на рис 37
„ , _
На полотне тарелки имеются отверстия диаметром 40- мм'
в
сечение тарелки равпо 0,017 м2/м: . Перелив крепится к тарелке
верхней части он оснащен отстойником газа, у л у ч ш а ю щ и м ^ ^
суспензии на ниже расположенную тарелку. В переливе на ур
119
лотна
тарелки имеются два диаметрально расположенных отверстия, через кот
осуществляется дополнительный перелив суспензии на ниже расположений!
тарелку.
В абсорбционной части колонны установлены перекрестноточные
дырчатые контактные элементы с двойным переливом рис. 38.
Абсорбционная и холодильная части
карбоколонны заполнены прогазированной
суспензией, а
в верхней
части жидкостью. Над контактными элементами
иногда образуются газовые подушки.
Свободное сечение тарелки рассчитано так,
чтобы суспензия не могла проходить через
отверстия в полотне контактного элемента,
а двигалась к переливу перпендикулярно
потоку
газа.
При
такой
схеме
Рис. 38. Перекрестноточная взаимодействия потоков увеличивается
тарелка с двойным переливом Длин3 пути движения суспензии по
1-тарелка; 2- перелив
колонне. Этим достигается хороший
контакт между суспензией и газом.
Использование
двойного
перелива
позволяет выделять кристаллы гидрокарбоната натрия более однородные по
составу. Крупные тяжёлые кристаллы через дополнительные отверстия в
переливе быстрее покидают тарелку, менее крупные кристаллы дольше
находятся на тарелке и перетекают вниз через верх-нюю кромку перелива.
Получение суспензии с однородными по составу кристаллами
существенно улучшает процесс фильтрации. При этом не обязательно
получать кристаллы очень больших размеров. Важно получить однородные
кристаллы правильной формы - «бочки» без друз.
Дырчатые тарелки с переливом работают в сравнительно широком
диапазоне нагрузок.
Фильтрация суспензии бикарбоната
При фильтрации происходит разделение суспензии на сырой бикарбонат
натрия и фильтровую (маточную) жидкость. Сырой бикарбонат натрия
тщательно промывается для удаления хлоридов и углеаммонийных солей
(УАС). Хлориды отмываются легко, а УАС труднее. Это объясняется тем,
что часть аммиака находится в виде карбамата натрия NaCOONH2. который
входит в кристаллическую решетку бикарбопата натрия и поэтому плохо
отмывается.
120
для фильтрации используют пористые перегородки: шерсть хлопок,
стекловолокно, металлическая сетка. Фильтрующей перегородкой является н
слой осадка, отлагающийся пропорционально объему профильтрованной
суспензии.
Производительность
фильтра
пропорциональна
поверхности
фильтрации, разности давлений по обеим сторонам фильтрующей
перегородки и обратно пропорциональна сё сопротивлению. С уменьшением
вязкости жидкости производительность фильтра растет.
Вязкость жидкости снижается с ростом температуры, но при лом
растёт растворимость фильтруемых солей в жидкости, что увеличивает
потерю их с фильтратом.
Фильтрацию осуществляют под вакуумом. Поэтому давление над
фильтрующей перегородкой равно атмосферному, а под ней - остаточному
давле-нию создаваемому вакуум-насосом.
Осадки делятся на сжимаемые - аморфные и коллоидные и несжимаемые
- кристаллические. Осадок бикарбоната натрия кристаллический.
На содовых заводах применяют преимущественно вращающиеся
барабанные вакуум-фильтры, реже центрифуги.
Работа вакуум-фильтра зависит от размеров кристаллов бикарбоната
натрия. Мелкие кристаллы забивают поры перегородки, создают
повышенное сопротивление, плохо отмываются, что ведет к дополнительным
потерям гидрокарбоната натрия NaHCOj - увеличивается расход воды па
промывку и повышается её температура. Такие кристаллы удерживают
больше воды, что снижает производительность кальцинагоров, увеличивает
опасность их залипания.
В таблице 25 приводятся данные о фильтруемости через осадки
бикарбоната натрия, образующиеся при карбонизации аммонизированного
рассола в зависимости от гранулометрического состава осадков.
Из приведенных в таблице 25 данных видно, что чем меньше размеры
кристаллов бикарбоната натрия, тем хуже вдет процесс фильтрации. Мелкие
илистые кристаллы бикарбоната натрия забивают поры фильтрующей ткани.
Слой осадка, образованный мелкими кристаллами бикарбоната, создает
высокое гидравлическое сопротивление, что снижает производительность
фильтра.
Таблица 25. Фильтруемостъ через осадки бикарбоната натрия в
зависимости от грансосгава осадков ( состав в %).
Фильтруемостъ осадка
Хорошая
. У Д 0 В Л С Т В 0 р и т е [ П .м а я
Плохая
>100
Размер частиц, в р
60-40
100-60
<40
25.6
27.8
33,6
26.4
29.7
38.1
20.3
17.0
15.2
27.7
25.5
13.1
121
Мелкие кристаллы бикарбоната плохо отмываются от мат
раствора и поэтому для получения требуемого качества калъцинировГ'01^
соды необходимо увеличивать расход промывной воды, а это всдНН°й
увеличегапо потерь бикарбоната с промывными водами. Мелкие Кристал *
удерживают больше влаги, и при фильтрации в этом случае получается 6о
влажный бикарбонат, что приводит к перерасходу тепла па сгади°
кальцинации сырого бикарбоната. Одновременно возрастает количество
ретура готовой кальцинированной соды. Поэтому повышенная влажность
бикарбоната
снижает
производительность
всего
производства
кальцинированной соды. В узле фильтрации необходимо иметь запас по
производительности, то есть или более мощные фильтры, чем это требуется
по часовой производительности по сырому бикарбонату или запасные
фильтры и т о и другое увеличивает капитальные затраты и удорожает
стоимость кальцинированной соды.
О качестве ЫаНС03 судят по выходу соды, получаемой на 100 кг влаж­
ного ЫаНС03. Хорошим считается выход более 53 кг. Потери NaHCOj при
фильтрации составляют 3-4% от общего количества. А коэффициент исполь­
зования натрия стекается на 2-3%.
Для уменьшения потерь ЫаНС03 от растворения его в промывной воде
на промывку подают слабую скрубберную жидкость из промывателя газа со­
довых печей (ПГСП) и из малой дистилляции, так как в этих жидкостях со­
держится Na3C 0 3, что снижает растворимость в них NaHC03. Потери бикар­
боната натрия при фильтровании возрастают при увеличении температуры
промывной воды выше 45°С и количества промывной воды, а также при
нарушении целостности фильтрующей перегородки.
Потери NaH C03 могут быть и из-за того, что при снижении давлепия
С 0 2 над суспензией бикарбоната натрия после выхода её из карбоколонны
на вакуум-фильтре может протекать реакция:
ЫаНСОз„ + NH<C1 р_р = Ы аС)„
+ ЫНяНС03„
(50)
В процессе фильтрации под влиянием разрежения происходит реакция,
в результате которой улетучивается диоксид углерода:
2 ЫНяНСОз = (ЫН4ЬСОз + С 0 2 + Н20
(51)
Кроме того, фильтровая жидкость всегда пахнет аммиаком. Поэтому воз­
дух с вакуум-фильтров подается па промывателъ воздуха фильтров (ПВФЛ)
для улавливания аммиака и диоксида углерода.
При промывке сырого бикарбоната на поверхности барабашгого вакуумфильтра из осадка очень трудно удаляется аммиак. Небольшое количество
аммиака от 4 до 9 н.д. всегда остается в составе сырого бикарбоната незави­
симости от количества промывной воды. Предположително этот аммиак
входит в состав сырого бикарбоната натрия в виде карбамата натрия
122
MHjCOjNa, который входит в кристаллическую решетку бикарбоната натрия
и поэтому НС отмывается при промывке осадка.
Особое внимание в процессе фильтрации необходимо обращать на сни­
жение содержания влаги в получаемом техническом бикарбонате натрия, так
как от этого на стадии кальцинации зависит выход готовой соды, количество
испаряемой влаги и в значительной степени расход тепла.
Устройство барабанного вакуум-фильтра
Барабанный фильтр БС-5,6-1,8/1,0 - это фильтр с поверхностью фильтра­
ции 5,6 м’, диаметром барабана 1,8 м и длиной 1 м. Барабан - горизонталь­
ный пустотелый цилиндр с отверстиями, покрытыми сверху чугунной ре­
шеткой. Сверху решетку покрывают мешковиной для предохранения фильтроткани от повреждения. На мешковину одевают фильтровальную ткань из
байки, сшитую по образующей. Для закрепления на неё сверху навивают
проволоку из нержавеющей стали. Частота вращения барабана 0,75-3,0
об/мин. Производительность 9,5-12,3 т/час влажного бикарбоната В настоя­
щее время выпускаются барабанные вакуум-фильтры со значительно боль­
шей производительностью с поверхностью фильтрации до 52 м2.
На рис. 39 показано устройство типового барабанного вакуумфильтра.
Внутренняя часть барабана вакуум-фильтра разделена радиальными
перегородками на 18 одинаковых
ячеек. Барабан фильтра снабжён
распределитель-пым устройством. Каждая ячейка через каналы в полой
цапфе сообщается с нс-подвижной распределительной головкой (рис. 40),
плотно прижатой к торце-вой пришлифованпой поверхности вращающейся
цапфы. Назначение распределительной головки - последовательное
соединение ячеек вращающегося барабана с трубопроводами вакуума и
сжатого воздуха. Для этого окна 1 н 3 распрсдечзгтетьной головки
соединены с вакуумом, а окно 2 со сжатым воздухом.
Последовательность переключения ячеек за один оборот барабана показана
на рис. 41.
На поверхности барабана одноврсмённо протекает несколько процессов.
В зависимости от протекающего процесса барабан фильтра можно условно
разделить на следующие зоны:
- зона собственно фильтрация с образованием слоя бикарбоната
натрия. В условиях вакуума маточная жидкость отсасывается в барабан, а
кристаллы бихарбопата натрия задерживаются на поверхности фильтрующей
ткани, образуя осадок;
- зона предварительной сушки. В это время поверхность барабана
находится над суспензией и из осадка, благодаря наличию вакуума, во
внутрь барабана происходит отсасывание маточной жидкости через слой
бикарбоната натрия - первая подсушка;
- зона промывки осадка; па поверхность барабана подаётся промывная
вода; она проходит сквозь слой осадка бикарбоната натрия в барабан,
123
вытесняя маточную жидкость из межкристаллического пространств
- зона основной сушки; в неё подаётся воздух; он проходит через с
осадка бикарбоната натрия и вытесняет
промывную воду
межкристаллического пространства осадка, спижая в пём содержание влапр3
1- закрытая зона; осадок бикарбоната натрия срезается с
поверхности фильтровальной ткани с помощью съёмного ножа; при этом
предотвращаются подсосы воздуха внутрь барабана в промежутке между
съёмным ножом и зоной подсоса маточной жидкости, так как такие подсосы
могут привести к потере вакуума в системе;
- зона подсоса маточной жидкости внутрь барабана; так называемая
«мокрая» продувка ткани, осуществляемая перед продувкой сжатым
воздухом, что необходимо для увеличения срока службы фильтровальной
ткани;
- зона продувки; в ячейки
подастся сжатый воздух
для
регенерации
фильтровальной
ткани
в
направлении,
противоположном
движению
газожидкостной
смеси,
поступающей
в
барабан
вследствие вакуума. Сжа-тый
воздух впачале вытесняет из
ячейки через фильтровальную
ткань
маточную
жидкость,
которая поступила в зоне подсоса
маточной жид-кости. Проходя
Рис. 39. Устройство типового барабанно­ сквозь фильтровальную ткань,
маточная жидкость не только
го вакуум-фильтра
корыто;
2шарнирные
подвески вытесняет из её пор мелкие
мешалки; 3- мешалка; 4- переливная труба; 5- кристаллы бикарбоната натрия,
перегородка; 6- вал, установленный в двух но и растворяет их, ускоряя тем
подшипниках; 7- ролики отжимные, 8- коркпа
самым процесс регенерации.
промывной жидкости; 9- мерник промыввой
После
этого
поры
воды Ю- нож для очнспси отжимного ролика;
ткани
11- нож срезающий осадок бикарбоната натрия. фильтровальной
продуваются сжатым воздухом;
- переходная зона, предназначенная для предотвращения попадания
сжатого воздуха, подаваемого на продувку, в вакуумную полость.
Одновременное выполнение всех перечисленных операций на поверхности
фильтра достигается благодаря разделению барабана фильтра на ячейки камеры фильтрации.
124
За один оборот барабана совершается
полный цикл фильтрования, а каждая ячейка
барабана проходит последовательно все зоны.
Угол погружения барабапа в суспензию
составляет примерно 130°. При вращении бара­
бана против часовой стрелки фильтрующими
являются ячейки 1и 2, частично 3, совмещенные
с окном 3 распределительной головки. Под дей­
ствием вакуума суспензия из корьгга притягива­
ется к фильтрующей поверхности барабана
Ряс. 40.
Распределительная
Фильтрат проходит внутрь барабана и далее идет
головка барабанного
в сепаратор 2, а кристаллы гидрокарбоната
вакуум -ф ильтра
натрия задерживаются на поверхности фильтру­
1-3- окна
ющей ткани. Для удаления маточной жидкости
из осадка его подсушивают воздухом в ячейках 3
и 4, а затем промывают водой или слабой жидкостью в ячейке 5. После про­
мывки осадок вновь сушат просасыванием через него воздуха в ячейхах 6 13. Ячейки фильтра 1 - 13 находятся под вакуумом.
Ячейки 14 и 15 отюпочепы от вакуума и образуют закрытую мёртвую зону. На этом участке
гидрокарбонат натрия срезают ножом. Срезать гилрокарбонат натрия под ва­
куумом нельзя из-за опасности проскока воздуха внутрь барабана через
ткань, освобожденную от осадка.
Для
промывки
фильтрующей
ткани
от
оставшихся на ней мелких
кристаллов
гидрокарбоната
натрия ячейка 16 соединена с
вакуумом
через окно 1
распределительной головки и в
неё поступает фильтрат. Ячейка
17 подсоединена к окну 2
распределительной головки со
сжатым воздухом.
В этом
положении
фильтрат,
v v v
находящийся внутри секции,
' ,re*i ^ iW30Ha
вытесняется через фильтрующую
ткань обратно в корыто с суспензи-ей, вследствие чего ткань промывается.
Для разделения линий вакуума и
Вис.
41.
Последовательность
сжатого воздуха между ними
переключения ячеек за один оборот
находится мертвая зона (ячейка
барабана
18). После закрытой зоны цикл
повторяется.
125
Первый отжимной ролик 7 (см. рис. 39) стоит после зоны фильтра»
второй - после зоны промывки. Силу давления ролика на осадок рсгулцИҚ 3
груз (на рис.39 не показан). Ролики имеют самостоятельный приводки1
окруж-ная скорость на 8% больше
окружной скорости барабана лю
предупреждает срыв осадка с поверхности фильтра. Съемный нож 11 йм
длину 1000 мм и ширину 80 мм. Наклон ножа и его расстояние
поверхности фильтрующей ткани регулируется винтом. Толщина осадка,
срезаемого ножом, составляет 13 - 15 мм при расстоянии между острием
ножа и поверхностью фильтрующей ткани 6 - 8 мм. После срезания осадка
бикарбоната натрия с поверхности барабана съемным ножом, как правило
остаётся слой бикарбоната натрия толщиной 5-8 мм.
Промывная жидкость поступает в мерник 9 и затем в корыто для промыв
ной жидкости 8, из которого она распределяется по поверхности осадка. По­
стоянство уровня суспензии в корыте 1 фильтра обеспечивается переливной
трубой 4. Засасываемые во внутрь барабана жидкость и воздух через пусто­
телый вал идут в сепаратор (на рис. 38 не показан). К крышке сепаратора
подведен трубопровод, по которому воздух с фильтра направляется в промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ). К днищу сепаратора подсоединена баро­
метрическая труба для вывода фильтровой жидкости.
Таблица 26. Характеристика барабанных вакуум-фильтров:
Показатель
Россия
Юго­
славия
Бол­
гария
Фран­
ция
Поверхность фильтрации, м2
Производительность, т/сут
Удельная производительность
по содс. т/м2 час
Габариты, ы
длина
ширина
Масса, кг
5,6
180
32
650
13
350
23
500
18.7
300
1,35
0,9
1,15 _
0,9
0,67
4,9
3,54
2,75
13000 с
рсссивероы
9,2
4.0
4,1
-
-
"
-
21500
-
-
0,3-1,69
сталь
ОХ17Н1
ЗМЗТ
11.4
0.5-1,5
сталь
Х18Н10Т
0.3-1.8
0.5-2.5
чугун
'
5.7
133
-
Скорость вращения барабана,
1-3
Конструкционный материал
чугун
Установленная мощность, кВт
73
126
Производительность вакуум-фильтра регулируют при помощи распреде­
лительной головки. Для этого ее поворачивают на некоторый угол вправо
или влево. При повороте распределительной головки по часовой стрелке
вдело секций барабана, находящихся в корьгге с суспензией и соединенных с
вакуумом, увеличивается, растет зона фильтрации, что ведет к увеличению
производительности фильтра. При повороте распределительной головки
против часовой стрелки зона фильтрации уменьшается и производитель­
ность фильтра падает, так как уменьшается толщина слоя осадка на поверх­
ности барабана. Таким путем можно менять производительность фильтра на
50%.
Производительность фильтра можно менять и изменяя число оборотов
барабана. Но при этом необходимо иметь ввиду, что при чрезмерном увели­
чении числа оборотов осадок гидрокарбоната натрия будет слишком быстро
проходить зону промывки, что приведёт к ухудшению качества кальциниро­
ванной соды.
В таблице 26 даны основные характеристики барабанных вакуумфильтров используемых в производстве кальцинированной соды.
Схемы узла фильтрации суспензии гидрокарбоната натрия
Схема узла Фильтрации с барабанным вакуум-фильтром
На рис. 42 представлена схема узла фильтрации суспензии бикарбоната
натрия с использованием барабапного вакуум-фильтра.
На некоторых заводах заменяют барабанные вакуум-фильтры на цент­
рифуги непрерывного действия.
Разделение на них идет значительно
быстрее, чем на фильтрах, благодаря создаваемой при вращении барабана
центрифуги центробежной силы. Влажность сырого бикарбоната после
центрифуги всего 3-4%, а после вакуум-фильтра - 15-18%. При такой
влажности на испарение этой влаги расходуется до 40% общего тепла,
расходуемого
в кальцинации.
Удельный расход энергии на
Центрифугирование значительно меньше. Поэтому уменьшение влажности
гидрокарбоната натрия
является эффективным путем
снижения
энергозатрат на кальцинацию. С уменьшением влажности снижается
количество примесей в соде, то есть получается более чистая сода.
Недостаток центрифуг - требуется сгущенная суспензия ( т : ж = не менее 1 :
1.1). Поэтому перед центрифугой необходимо устанавливать отстойниксгуститель.
Степень разделения суспензий на центрифугах меньше, чем на
фильтрах, и маточтптк с проскочившими мелкими кристаллами после
Центрифуг отправляют обратно в отстойник. Полностью осветленный
Маточник отводят через перелив отстойника. Наиболее перспективным
является сочетание аппаратов фильтр - цетприфуга. Оба вариатгта. отстойник
~ Центрифуга и фильтр - центрифуга используются на ряде заводов.
127
Схема разделения суспензии бикарбоната с использованием отстойвих
сгустителя и центрифуги
Н а рис. 43 представлена схема узла разделения суспензии бикарбоната
натрия с использованием отстойника-сгустителя и центрифуги. Суспензию
бикарбоната подаю т в отстойник-сгуститель 1. Осветлённую ма-точную
ж идкость отводят из отстойника-сгустителя 1 через верхний перелив, а сгу­
щенная суспензия идет на центрифугу 2. Прошедший центрифугу и промы­
ты й бикарбонат натрия поступает на кальцинацию, а маточная жидкость и
промывная вода в сборник 3 с мешалкой.
Воздух
Рис. 42. Технологическая схема отделения фильтрации с использованием
барабанного вакуум-фильтра
1- мешалка; 2- распределительный коллектор; 3- корыто для распределения промыв­
ной воды; 4- напорный бак промывной вольц 5- трубопровод сжатого воздуха; 6- отжим­
ной валик ; 7- фильтрующий барабан; 8- срезающий нож; 9- корыто вакуум-фильтра; 10транспортер сырого бикарбоната; 11- сепаратор; 12- барометрическая труба; 13- сбориих
фильтровой жидкости; 14,15- насосы; 16- сборник с мешалкой для суспензии
128
Рис. 43. Технологическая схема разделения
суспензии с использованием отстойника и
ц ен т р и ф у ги 1 - насос, 2- центрифуга непрерывного
действия; 3- корзина цеитрифупг, 4- отстойник; 5- сборник с
мешалкой
Из сборника 3
жидкость насосом 4
перекачивается
об­
ратно в отстойник
для снижения потерь
бикарбоната натрия.
Для улавливания ам­
миака, вьщслящсгося
при центрифугирова­
нии в кожухе центри­
фуги создаётся не­
большое разрежение
5-10 мм вод. ст. Отса­
сываемый воздух со­
держащий
аммиак
промывается, а про­
мывная вода идет в
отделение абсорбции.
Применяется цен­
трифуга типа ФГП фильтрующая гори­
зонтальная с выгруз­
кой осадка толкаю­
щим поршнем.
Но наиболее интересным является сочетание аппаратов фильтр - центри­
фуга с отмывкой или без отмывки гидрокарбоната натрия на фильтре. Оба
способа нашли применение на содовых заводах Японии и Германии. Недо­
статком применения центрифуг являются высокие потери мелкокристалли­
ческого гидрокарбоната натрия с фильтровой жидкостью, вследствие чего
центрифуга используется редко.
Технологическая схем а узла фильтрации суспензии бикарбоната
нат рия на КСЗ
Узел фильтрации входит в состав отделения карбонизации, технологиче­
ская схема которого представлена на рис. 34.
Полученная в колоннах карбонизации поз. Е030а-с суспензия
бикарбоната натрия поступает в ёмкость соды поз. F0302, откуда поступает
На фильтрацию на фильтры соды поз. L0301а/в. Фильтр соды предназначен
Для отделения кристаллов бикарбоната натрия от маточного раствора.
Для фильтрации используется вакуумный фильтр с ротационным
барабаном со следующей характеристикой:
- площадь фильтрации 10 м2;
129
- диаметр барабана фильтра 2250 мм;
- скорость вращения барабана 0,7 - 3,4 об/мин;
- производительность 156-165тсоды/сутки.
Фильтр соды состоит
из вращающегося барабана, кросс-се
накапливающего раствор бака соды, бака промывной жидкости 'в'™ 11’
скребка, встряхивающего устройства и приводного устройства Бап*?3,
фильтра разделён на камеры фильтрации. Поверхность барабана фильта"
составлена из нескольких сит из нержавеющей стали.
При фильтрации на поверхности барабана фильтра одновременно
происходят следующие процессы:
- собственно фильтрация с образованием слоя бикарбоната натрия- отсасывание маточной жидкости через слой бикарбоната натрия первая подсушка;
- промывка слоя бикарбоната натрия;
- отсасывание промывной воды, подсушка бикарбоната натрия зона основной сушки, и снятие его скребком;
- засасывание
жидкости
внутрь
барабана для
промывки
фильтровальной ткани;
- вытеснение жидкости из барабана через ткань и продувка фильтроткапи сжатым воздухом (регенерация фильтроткани).
Одновременное выполнение всех перечисленных операций на
поверхности фильтра достигается благодаря разделению барабана фильтра
на ячейкикамеры фильтрации.
Суспензия бикарбоната натрия из ёмкости соды поз. F0302 поступает в
полукруглую ёмкость раствора соды - корьтго фильтра поз. L0301a/e, в
которую заходит нижпяя часть барабана фильтра. В ёмкости раствора соды
находится
встряхиватель, служащий для предотвращения оседания
кристаллов бикарбоната натрия на дно корыта, и частично погруженный в
суспензию барабан, на который натягивается фильтровальная ткань из
политетрафторэтилена.
Суспен-зия,
находящаяся
в
ёмкости под
атмосферным давлением, стремится проник-нуть внутрь барабана. При этом
на поверхности фильтрующей ткани, погружённой в суспепзию, остаётся
бикарбонат натрия, а маточная жидкость проходит внутрь барабана.
Вследствие
вращения барабана образующийся на ткани слой
бикарбоната натрия перемещается вместе с барабаном. На выходе из ёмкости
слой разравнивается валиком, промывается жидкостью, стекающей из
ёмкости промывной жидкости, подсушивается воздухом, просасы ваем ым
через слой бикарбоната, и снимается скребком. Далее влажный бикарбонат
натрия поступает на конвейер поз. V0301 и подаётся в отделение
кальцинации.
На том участке, где бикарбонат натрия снимается скребком,
фильтровальная ткань подвергается регенерации. Для этого она продувается
сжатым воздухом, поступающим в барабан.
Фильтрат и воздух из барабана фильтра всасываются в вакуумный
сепаратор поз. Ғ0304а.в, где газ отделяется от фильтрата. Фильтрат
130
поступает в ёмкость маточного раствора поз. L0302, откуда пасосом поз
j03O5a,B направляется в отделение дистилляции, а часть раствора насосом
п03. ГП306 подастся в ёмТ З й ъ со д а поз. F0302.
Газ из сепаратора поступает в верхнюю часть колонны регенерации поз.
Е0302 , где он промывается очищенным рассолом из отделения очистки
рассола. Очищенный газ через сепаратор поз. F0308 вакуумным насосом поз.
J0301 выбрасывается в атмосферу.
Промывной раствор или обессоленная вода из сети завода из отделения
кальцинации поступает в ёмкость промывпой жидкости поз. F0303, откуда
направляется в ёмкость промывной жидкости фильтра соды поз. L0302 для
промывки осадка бикарбоната натрия на барабане. Ёмкость промывной
жидкости оснащена паровой трубой для поддержания температуры
промывной жидкости.
Воздух через буферную ёмкость поз. F0307 подастся газодувкой поз.
J0302 в фильтр соды поз. L0302 для отдувки остаточного осадка бикарбоната
натрия на фильтровальной ткани.
Регулируются следующие параметры процесса фильтрации:
- производительность вакуум-фильтров - изменением зоны фильтрации и
изменением числа оборотов барабана;
- температура промывной воды - изменением подачи пара в ёмкость
промывной жидкости;
- количество воды, подаваемой на промывку бикарбоната натрия, зависит
от содержания в нем поваренной соли NaCI и от температуры воды.
- расход воздуха, подаваемого на продувку фильтровальной ткани;
- вакуум в общем коллекторе вакуум-фильтров поддерживается на уров­
не предусмотренном нормами технологического режима.
Нормы технологического режима отдезепия карбонизации
и фильтрации КСЗ
Технологический режим отделения карбонизации должен обеспечить
следующее:
1) хорошее качество кристаллов о с а ж д а е м о г о бикарбоната натрия,
2) высокую степень использования натрия рассола Un.,
3) высокую степень использования аммиака,
4) высокую степень использования диоксида углерода,
5) высокую производительность карбопизационных колонн.
Аммонизированный рассол, поступающий в карбоколонну из
промывателя газа колонн, должен иметь концентрацию связанного диоксида
углерода 65 —70 н.д. и температуру 40 - 44°С. Концентрация нона хлора в
выходящей из колонны жидкости - не менее 95 и.д., прямой титр - 23й.Д., связанного аммиака - не менее 69 нд., температура - не выше
131
Температура жидкости в средней части осадительной Карбонизат.
колонны должна бить не ниже 63°С.
нноц
Концентрация диоксида углерода в газе нижнего ввода должна бь
ниже 70 - 80%, а в газе среднего ввода не ниже 38 - 40%. КонцещтГ НС
диоксида углерода в газе, вькодящем из осадительной колонны, окогю lT*
12% , температура этого газа 48 - 5 2 ”С.
’
Важнейшим фактором, от которого зависит степень использования
натрия, является высокая концентрация хлорида натрия NaCl
аммонизированном рас-солс, поступающем на карбонизацию, определяемая
концентрацией ионов СГ. Однако в отделении абсорбции объём рассола изза поглощения аммиака и конденсации водяных паров увеличивается, тю
приводит к снижению концен-трации ионов хлора. В карбонизации же
наоборот, за счет выдувания аммиака с непоглощенными газами и за счет
расхода воды на образование бикарбоната натрия происходит уменьшение
объёма раствора и рост концентрации ионов хлора. Концентрация ионов
хлора в аммонизированном рассоле на входе в кар-боколонну по регламенту
должна быть 84 - 88 н.д., а в жидкости на выходе из карбоколонны
содержание ионов хлора должно быть
не ниже 96 н.д. Увеличение
концентрации ионов хлора связано не только с полезным процессом осаждением бикарбоната натрия, но и с вредным - выдуванием аммиака.
Выдувание 1 н.д. аммиака уменьшает обьем раствора приблизительно на
0,13%, 1 н.д. кристаллизующегося бикарбоната натрия - на 0,12%.
Уменьшение обьема раствора приводит к увеличению концентрации ионов
хлора, так как они целиком остаются в растворе.
Поэтому нормами
технологического режима предусм атривается содержание свободного
аммиака в аммонизированном рассоле 92 - 98 н.д. при содержании его в
исходном аммонизированном рассоле, поступающем на предварительную
карбонизацию, 100 - 106 н.д.
По изменению концентрации общего аммиака и ионов хлора можно
определить степень выдувания аммиака. Так, если концентрация общего
аммиака в аммонизированном рассоле равна 102 н.д. и концентрация ионов
хлора равна 90 н.д., а в жидкости после осадительной колошты общего
аммиака 96 н.д. и иона хлора 94 н.д. , то в процессе карбонизации из
жидкости выдувается аммиака 102 - 96 90/94= 10 н.д. или 15 100/102 =
14,71%. На практике степень выдувания аммиака составляет 12-15% .
Количество осаждённого бикарбоната натрия растёт с понижением
температуры жидкости на выходе из осадительной карбоколонны. Поэтому
необходимо, чтобы температура эта была по возможности шоке, но без
ущерба для качества кристаллов бикарбоната натрия. В соответствии с
нормами технологиче-ского режима, эта температура должна быть 28 - 32°С.
Одновременно низкая температура жидкости на выходе из карбоколонн
способствует уменьшению потерь аммиака на фильтрах, так как с
понижением температуры падает парциальное давление аммиака над
жидкостью.
132
Степень использования натрия определяется
концетрацией
связанного аммиака, эквивалентного осажденному бикарбонату натрия,
вычисляемой по разности между общим аммиаком и прямым титром
Прямой титр обычно и является показателем степени прокарбопизованносга
жидкости.
Количество осажденного бикарбоната натрия растет также и при
повышении степени карбонизации. Из-за выделения в осадок бикарбоната
натрия повышение степени карбонизации сопровождается уменьшением
концентрации связанного диоксида углерода в конечном растворе. Однако в
осадительных
колоннах
равновесная
степень
карбонизации
аммонизированного рассола не достигается, так как для этого требуется
длительное время. Конечная степень карбонизации зависит от средней
концентрации диоксида углерода в поступающем газе, которая зависит от
степени использования диоксида углерода, то есть от содержания диоксида
углерода в отбросном газе. Нормами технологического режима
предусматривается содержание диоксида углерода в отбросном газе (после
промывателя газа колонн) 4 - 7 % об. Для повышения средней концентрации
диоксида углерода в карбоколонне необходимо как можно полнее
использовать
газ
известково-обжигательных
печей
в процессе
предварительной карбонизации. Но при этом необходимо учитывать, что с
повышением концентрации связанного диоксида углерода в жидкости после
предварительной карбонизации не должна быть выше 60 н.д., так как
дальнейшее увеличение этой концентрации ведет к возрастанию
длительности промывки осадительных карбонизациошгых колонн.
Нормами технологического режима температура выходящего из
осадительной карбоколонны газа предусмотрена равной 40°С.
Эта
температура может служить показателем работы карбоколонны. Она служит
показателем расположения по высоте карбоколонны горячей зоны, где
происходит образование зародышей кристаллов бикарбоната натрия.
Снижение температуры отходящего газа говорит об опускании этой зоны
ниже нормального уровня. Для нормализации процесса в этом случае
уменьшают отбор жидкости из колошгы, а при повышепин температуры
отходящего газа отбор жидкости необходимо увеличивать.
В осадительной колонне должно быть соответствие между количеством
подаваемого
диоксида
углерода
и
поступающего
в колонну
аммонизированного рассола. При поддержании в колонне постоянного
Уровня жидкости количество поступающего рассола будет соответствовать
количеству отбираемой из карбоколонны суспензии.
Увсличенис сверх нормы отбора суспензии и количества поступающего в
колонну аммонизировашюго рассола вызывает падение концентрации
Диоксида углерода в уходящем газе. Процесс карбонизации в верхней части
колонны замедляется, и зона образования зародышей кристаллов
бикарбоната натрия опускается. Время для роста кристаллов уменьшается, и
качество кристаллов ухудшается. Если отбор суспегоии из кологагы
Уменьшить при неизменном количестве диоксида углерода, то концентрация
133
диоксида углерода в отходящем газе увеличится, то есть снизится
использования диоксида углерода. А ото приведёт к снижению" СГ' Пень
концентрации диоксида углерода в поступающем в карбоколонну
результате, снизится степень карбонизации и степень использования нага 8
Нагрузку колонны регулируют путём изменения количества подавадГ*
диоксида углерода. Соотношение потоков диоксида углерода 0Г°
аммонизированного рассола регулируют путём изменения количеств"
отбираемой из карбоколонны суспензии. Показателей для регулирований
несколько.
- прямой титр выходящей из карбоколонны жидкости. Он указывает
на степень карбонизации жидкости;
- концентрация диоксида углерода в выходящем из карбоколонны
газе;
- температура газа, выходящего из карбоколонны.
Температуру поступающей в карбоколонну жидкости и суспензии на вы­
ходе из карбоколонны регулируют путём изменения подачи охлаждающей
воды в соответствущис холодильники.
При установившейся нагрузке в карбоколоннах существуют два
основных способа регулирования процесса - отбор суспензии из колонн и
тепла в холодильниках.
Работа узла фильтрации суспензии гидрокарбоната натрия зависит не
только от качества кристаллов, но и от соблюдения норм технологического
режима. Влажность сырого гидрокарбоната должна быть не выше 18%.
Повышение влажности гндрокарбоната ведёт к нарушению нормальной
работы отделения кальцинации
и перерасходу пара на кальцинацию.
Содержание хлорида натрия в сыром гидрокарбонате натрия доляаю бьгп. не
более 0,35%.
Для снижения содержания хлорида натрия в гидрокарбонате необходима
тщательная промывка влажного осадка на фильтре. Однако избыток
промывной воды разбавляет фильтровую жидкость, что ухудшает показатели
работы отделения дистилляции, а также ведёт к увеличению потерь
бикарбоната натрия, которые зависят как от количества промывной воды, так
и от качества кристаллов бикарбоната, получаемых в карбонизации.
Повышение температуры промывной воды делает промывку осадка от
маточной жидкости на фильтре более эффективной, но одновременно
увеличивается растворимость гидрокарбоната натрия. Оптимальная
температура промыв-ной воды должна бьггь 35-40°С. Для снижения потерь
гидрокарбоната патрия при промывке используют промывную воду,
содержащую карбонат и гидро-карбонат натрия.
Для нормальной работы барабашюго вакуум-фильтра необходимо
поддерживать постоянный вакуум. Вакуум может понизиться при плохой
работе или при остановке вакуум-насоса, а также при низком уровне
суспензии в корыте вакуум-фильтра. Снижение вакуума ведёт к повышению
влажности сырого бикарбоната, ухудшает качество промывки, так как при
этом хуже отсасывается промывная вода, уменьшается производительность
134
ф ильтра. Ниже в таблице 27 приводятся регламентные нормы отделения
карбонизации и фильтрации.
Таблица 27. Нормы технологического режима отделения
карбонизации и фильтрации
№
Поток реагента или аппарат
Карбонизация
Карбонизированный аммо­
низированный рассол, по­
ступающий в колонну 03
поз. Е0302
2. Нижнеступепчатый газ в
колонну
3. Среднеступепчатый газ в
колонну
17 Отходящие газы из колонны
1.
5.
6.
Суспеюия, выходящая из
колонны
Карбонпзусмая жидкость в
колонне
ТсмпсраДавление, 1
Концентрация
кПа
I
ТУРа. °С
осадительных колоннах поз. Е0301 а-с
ЗМО
0,52
COj - 55-60 н л
30-40
035-0,4МПа
35-40
0,24-036
МПа
0,02-0,05
МПа
Г 0,27-033
МПа
0,27-033
МПа
(ню )
40
28-32
45-55
(верх)
60-65
(середина)
СО: не менее 77%
(мольв.)
СО: ее менее 40%
(мольн.)
СО: не менее 10%
(мольн). N H j-13,53%
СО:-40,07 н.Д
Осадок-35-45%
NHj - не более 0,008 н д
7. Вода оборотная обратная
из баков охлаждения ко­
35
лонны
Карбонизация (предварительная) в промывной колонне поз. Н030 Id
СО:-35 п д
0,35-0.47
38-40
1. Аммонизироваштьш рассол,
МПа
поступаюнаш в колонну
2.
Карбонизированный аммо­
низированный рассол, вы­
ходящий ID КОЛОННЫ
3. Промывочный газ, посту­
пающий в колонну
4. Отходящее газы нз колонны
1. Карбонизироватгаый аммо­
низированный рассол, по­
ступающий в колонну нз
поз. E0301d
0,25-0,29
МПа
ЗМО
СО: не менее 40%
(мольв.)
СО2 - 2.41% (мольн.),
0,02-0,05
40
N H j- 13.53%
МПа
---------------•»пи я колонне регепсраШШ поз. Е0302
СО2 -55-бО нд
0,25-0,29
36-40
МПа
40
0,35 МПа
40
0,25-0,29
МПа
0,02-0,05
МПа
Минус 0.046
2.
Жидкость, выходящая из
колошгы
3. Газы карбонизации, посту­
пающие в колонну
4. _1_азы карботпапип отхо-
СО:-55-60 н д
38
135
СО:-55-60 н д
СО: - 8,04% (мольв.).
N H i - 13.53% _
COj -7.49% (мольн ),
5.
дящпе из колонны
Газы фильтрации, выходя­
МПа
_т
^
г —
щие ID КОЛОННЫ
3.
Ф
Промывная жидкость на
промывку
Влажпый бикарбонат
натрия после фильтрации
Сжатый воздух на продувку
4.
Маточный раствор
5.
Фильтрация
1.
2.
35-40
N aC l-0 ,0 3
32
Атмосфер­
ное
0,03-0,05
МПа
30
35
Вакуум 4659 кПа
NaCl lie более 0 ^ 5 % ^
NaCl -25,38 нд. Разница
общего С1- - 4-5 н.л
Отжим бикарбоната нат-~
рия NaHC 0 3 не мспсс
51%
7.Контрольные вопросы
1.Приведите технологическую схему отделения карбонизации.
2.Какис реакции протекают в процессе карбонизации.
З.Объясните принцип работы колонны карбонизации.
4.Какие типы карбонизаторов используются в производство соды?
5.Основные цели стадии карбонизации.
б.Нормы технологического режима отделения карбонизации.
7.Что такое коэффициет: использования натрия?
8.Какие факторы влияют на процесс кристаллизации бикарбоната натрия?
9.Как определяется степень карбонизации?
10 Что такое фильтрация?
11.Принцип работы барабанного вакуум-фильтра.
12 Приведите технологическую схему отделения фильтрации.
13 . Объясните принцип работы фильтров.
14.Какие типы фильтров имеются?
136
'
ГЛАВА У Ш . КАЛЬЦИНАЦИЯ БИКАРБОНАТА НАТРИЯ
ф изико-хи м и чески е основы кальцинации сырого бикарбоната натрия
О тф и л ьтрован н ы й и пром ы ты й бикарбонат натрия содержит в % масс •
Ы аН С О з- 76-80%, Ы а з С О э - 2-6%, общ ий NHi -0 ,6 -0 ,8 % ,о б щ и й С Г (в п ео е
счете на NaCl) - 0,2-0,4%, НгО - 14-18%
^
К арбон ат н атрия Na2C 0 3 м ож ет образоваться из гидрокарбоната натрия
N aH C O j п ри ги д р о л и зе и за с ч ет декарбонизации растворенного NaHCO,
при возд ей ствии вакуум а н а ф ильтре.
На практике существует так называемая мокрая кальцинация - разложе­
ние бикарбоната натрия в растворе - в тех случаях, когда некоторым произ­
водствам нужен раствор соды. Для этого берут мокрый бикарбонат натрия и
греют его острым паром. При этом также идет процесс декарбонизации.
Технический бикарбонат должен быть белого цвета. Появление окраски
свидетельствует па наличие коррозии стальных аппаратов в отделениях аб­
сорбции и карбонизации. Осадок бикарбоната натрия в этом случае окраши­
вается оксидом железа, образующимся в результате коррозии.
Б икарбонат н атр и я п одвергается термическому разложению - кальцина­
ции. С ухой Ы аН СОз п р и н агревании разлагается по реакции:
2ЫаНСОз„ = NajCOjr, + С 0 2г +Н2О г -125,6 кДж.
В
(4)
Определим по правилу фаз число степепей свободы этой системы, то
есть число внешних параметров, которые можно менять одновременно, не
нарушая равновесия в этой системе. Правило ф аз:
с = к + п -ф ,
(52)
где : с —число степеней свободы системы, то есть число внешних па­
раметров, которые можно менять, не нарушая равновесия в
этой системе;
к — число независимых химических компонентов в системе (в
данном случае к = 2);
п —число внешних параметров, влияющих на равновесие фаз (в
данном случае п " 2 —парциальное давление н температура),
ф - число фаз (в данном случае ф = 3 - 2 твердые и одна га­
зовая)
После подстановки значений в уравнение (52) получаем:
с = 2 + 2 —3 = 1
137
И з чего следует, что это одновариантмая система, то есть можно
системе менять только один параметр - равновесное давление СО * ЭТ°Й
которое будет определяться температурой:
2 Рс0!lg P c 0 2 +H 2O =
1 1 ,7 2 -3 5 2 5 /Т
(53)
где: Т - абсолютная температура в градусах К ,
Рсог ♦ ню - суммарное равновесное давление диоксида углерода я
водяных паров над бикарбонатом, в мм рт. ст.
Разложение гидрокарбоната при суммарном давлении диоксида и паров
воды равном 1 атм протекает при температуре выше 125°С. С повышением
температуры равновесие реакции (4) сдвигается вправо и скорость реакции
возрастает.
При нагревании технического (сырого) бикарбоната могут протекал, и
другие реакции:
(N H 4 )гС О з тт, = 2Ы Н з г + С 0 2 г + Н 2О г — 172,5 кДж
(54)
NH»HC03n = N H 3 г + С 0 2г + Н 2О г —164,8 кДж
(55)
NH4C1„+ NaH COs,, = N a C l„ + N H 3 r + C 0 2r + H2Or - 145,5 кДж
(56)
Карбамат натрия в присутствии воды при нагревании переходит в соду
по реакции:
2 N aC 02N H 2„ + H20 M, = Na2C 0 3T, + 2NH3 r+ C 0 2 r - 140,7 кДж
(57)
Количество соды, получаемое из 100 кг технического бикарбоната, назы­
вается выходом соды. Он зависит главным образом от влажности бикарбо­
ната. Чем влажнее бикарбонат, тем меньше выход и тем больше расход тепла
на испарение влаги. Влага в бикарбонате - это насьпцепный раствор бикар­
боната, поэтому равновесное давление газовой фазы над влажным бикарбо­
натом определяется равновесным давлением над насыщенным раствором
бикарбоната натрия. При данной температуре это давление выше, чем над
сухим бикарбонатом. Поэтому при нагревании влажного бикарбоната вна­
чале разлагается растворенный бикарбонат с выделением в газовую фазу
влаги и С 0 2. После удалепия влаги равновесное давление паров воды и С 02
над оставшимся сухим бикарбонатом снижается, в связи с чем его разложе­
ние становится затруднительным.
В таблице 28 приводятся данные по выходу кальцинированной соды, ко­
личеству испаряемой влаги и расходу тепла в зависимости от влажности ис­
ходного гидрокарбоната натрия.
138
Таблица 28. Зависимость выхода соды от влажности технического
гидрокарбоната натрия:________
Влажность,
НяНСОз, % мае.
--------- 73 92
'
"
20.55
19.16
(7.58
Г5.99
14.31
Выход соды из
100 кг влажного
ЫаНСОз., кг
48
49
50
51
52
53
54
Количество воды испа­
ряющейся ИЗ
ЫаНСОз в пересчете ва
100 кг СОЛЫ, кг
50
45 5
41.5
37.5
33,8
30.2
26.5
Расход тепла на нсПарешзс волы
в пересчете па 100
»г СОДЫ. Kfl*
33000
26500
24100
21000
19300
16900
При испарении влаги из неё выделяется растворенная твердая фаза, кото­
рая, кристаллизуясь на стенках печи, образует плотно пристающую к по­
верхности стенки печи корку. Твердый слой соды ухудшает теплопередачу и
может служить причиной прогорания обогреваемой снаружи стальной стен­
ки печи. Чтобы исключить это, сырой бикарбонат перед кальцинацией сме­
шивают с готовой горячей содой (ретуром). При этом образуется трона;
№ гСО з„ + NaHCChn +- 2Н20 , = Na2C 0 3ЫаНСОз 2Н20 + 21,9 кДж
(58)
Трона рассыпчата и поэтому на стенки не налипает. Разложение троны
при нагревании протекает в две стадии. Первая стадия описывается следую­
щей реакцией:
3(Ыа2С 0 3Ы аН С 0з2Н 20 ) „ = Ыа2СОэ ЗЫаНСОз,.+ 2Ыа2СОз„+-6Н20 - 320,3 кДж
(59)
Эта реакция протекает при 11 ГС. При этом сода теряет кристаллизацион­
ную влагу с образованием соли В егш айдера-Ы а2СОзЗЫаНСОз„. При даль­
нейшем нагревании примерно до 127°С протекает вторая стадия, в которой
происходит разложение двойной соли Веппайдера:
2(Na2C 0 3 3N aH C 03>T»= 5 ЫагСОзт, + 3 Н20 + 3 СОг - 472,6 кДж
(60)
Скорость процесса кальцинации определяется второй более медленной
стадией. Добавление к сырому бикарбонату горячей соды способствует вы­
делению аммиака из карбамата натрия, который входит в кристаллическую
решетку бикарбоната натрия. В процессе образования троны кристалличе­
ская решетка бикарбоната натрия разрушается. Это способствует разложе­
нию карбамата патрия.
С о о т н о ш е н и е к о л и ч е с т в с ы р о г о б и к а р б о н а т а н атрия и ретурной соды
° п р е д е л я е т с я в л а ж н о с т ь ю с ы р о г о б и к а р б о н а т а н ат р и я и качеством смеш ения.
Т е о р е т и ч е с к и д л я с в я з ы в а н и я 1 к г ф и зи ч е с к о й в л аги (кристаллизаци онно ),
139
содержащейся во влажном бикарбонате, необходимо подать 2 94
ной кальцинированной соды. Если рстурная сода содержит 2% в'лапГ 100%"
ход ее на 1 кг влаги составит 2,94 100/98 = 3,04 кг.
’ Т0 рас'
При влажности сырого бикарбоната 18% масс. 1 кг его содержит О
воды. Расход 98% -ной соды для связывания 0,18 кг влаги сосга ^
3.04 0,18 = 0,547 кг. Это количество ретурной соды получено из расчета
ального смешения ретура с сырым бикарбонатом. Однако на практике иГза
невозможности добиться идеального смешения количество ретура увеличи­
вают до 0,75 - 1,0 кг на 1 кг сырого бикарбоната. Обычно паровой кальцинатор работает нормальпо, если влажность бикарбоната натрия или приве­
денная влажность поступающей на кальцинацию смеси не превышает 6-8%
В зависимости от места смешения сырого бикарбоната с готовой кальци­
нированной содой различают два способа ведения процесса кальцинации:
- процесс с ретуром, если бикарбонат натрия и ретурную соду сме­
шивают до подачи в кальцинатор (или в печь) в специальном аппа­
рате смесителе;
- процесс без ретура, если сырой бикарбонат смешивают с содой
внутри самого кальцинатора (или внутри печи).
Температурный режим в печах обусловлен как условиями проведения
процесса так и продолжительностью термообработки материала в этих ап­
паратах при коэффициенте заполнения барабана 0,3 пребывание материала
в паровом кальцинаторе - 20-25 мин.
150
)
ш 140
/
б
0 130
га
га 120
/
В
Б
/
(
§100
I 110
§•
8
16
24
32
40
48
В рем я в мин
Как видно из графика
процесс кальцинации может
быть условно разбит на три
периода. В первом периоде
(отрезок
АБ) происходит
быстрый подъём температу­
ры. В этом периоде все под­
водимое тепло расходуется на
подогрев
гидрокарбоната
натрия и на удаление кри5 6 сталлизационной влаги из
троны и на разложение угле-
аммонийных солей.
Рис. 44. Изменение температуры бикарбона-^у
£ та натрия в процессе кальцинации
Таблица 29. Зависимость времени разложения бикарбоната натрия от температуры
170
150
140
Температура разложения. Т°С
Время полного разложения, ыпп.
120
55
35
37-----
На рис. 44 представлена зависимость времени разложения бикарбоната (т)
о т температуры процесса.
140
Во втором периоде (отрезок БВ) температура нагреваемого продукта
остаётся почти постоянной - примерно 125°С. Подводимое тепло расходует­
ся на термическое разложение гидрокарбоната натрия. В третьем периоде
(отрезок ВГ) происходит резкий рост температуры. Это свидетельствует в
пользу того, что эндотермический процесс разложения гидрокарбоната
натрия закончился и подводимое тепло идёт на разогрев полученной каль­
цинированной соды.
Расчет по уравнению (53) показывает, что давление над двойной солью,
равное 1 эта, достигается при 126°С, которая близка к температуре пологого
участка (БВ) на рис. 44. Таким образом, процесс кальцинации должен проте­
кать при температуре не ниже 12б°С. Но для увеличения скорости процесса,
а, следовательно, для повышения производительности кальцинатора или со­
довой печи необходимо повышать температуру. На практике кальцинацию
ведут при 140 —180°С.
Исследования скорости процесса кальцинации показывают, что разложе­
ние гидрокарбоната натрия протекает главным образом в тепловой области.
Таким образом, скорость разложения зависит от скорости подвода тепла к
зоне разложетпи, то есть от удельной поверхности теплообмена, от темпера­
туры и гидродинамических условий. Влияние температуры на скорость каль­
цинация сырого бикарбоната - потерю массы в % за время процесса разло­
жения при разных температурах, содержащего около 19% влаги, в присут­
ствии ретурной соды показано па рис. 45. Температура определяет величину
парциальных давлений продуктов разложения - диоксида углерода и водя­
ных паров над бикарбонатом, а точнее над солью Веппайдера.
Из графика можно сделать вывод о том, что процесс разложения суще­
ственно ускоряется с повышением температуры свыше 140-150°С.
Однако в реальных производственных условиях в присутствии ретурной
соды для полного разложения гидрокарбоната натрия требуется значитель­
но более продолжительное время, чем это следует из приведенной выше
таблицы.
Кроме печей кальцинации, в которых используется ретур, существуют
безретурные печи, в которых сырой бикарбонат забрасывается во внутрь
печи на расстояние
9-10 м от края и, смешиваясь с горячей
кальцинированной содойт<—>
образует трону.
Различают два вида кальцинации:
1) с огневым обогревом - барабанные вращающиеся печи с огневыми топ­
ками, работающими на жидком или газообразном топливе;
2) с паровым обогревом —вращающиеся барабанные кальцинаторы с
трубчатой насадкой - паровые кальцинаторы.
141
Рис. 45. Скорость разложения влажного бикарбоната натрия при различ­
ных
температурах
При коэффициенте заполнения барабана содовой печи 0,3 пребывание
материала в содовой ретурной печи составляет примерно один час, а в
паровом калышнаторе 20 - 25 минут.
Технологическая схема отделения кальцинации с ретурной
содовой печью
На рис. 46 представлена технологическая схема отделения кальцинации с
ретурной печью кальцинации.
Скребковый транспортер подаёт сырой гидрокарбонат с вакуумфильтров в приёмник, снабжённый мешалкой. Из приёмника он идёт в пита­
тель содовой печи и затем в смеситель. В смеситель шнековым транспорте­
ром подают ретурную горячую соду. Полученную смесь загружают во вра­
щающуюся барабанную печь, в которой подвергают кальцинации. Готовую
соду выгружают из печи в выгружной шнек, из которого шнековые транс­
портёры подают её в элеватор. Элеватор подаёт соду в шпек, откуда часть
соды направляется в бункер готовой продукции, а часть возвращается в каче­
стве ретура.
142
из
Рис. 46. Т ехнологическая схема отделения кальцинации с ретурноП печью к а л ь ц и н ац и и
1- см ес и те л ь; 2- питатсль;3- при ем н и к: 4- скребковый тр ан сп о р тер ; 5- бункер; 6- вакуум-фильтр 7 11 18 19
шнековые т р а н сп о р т ёр ы ; 8.9-траиспортны е трубы ; 10- циклон; 12- коллектор газа содовых печей' 13 х о л о
дильпик газа (ХГСГТ); 14- пром ы ватель газа (П ГСП ),15- сборник слабой ж идкости; 16- элеватор- 17- в ы г р у ж
ной шнек; 20- боров печи; 21- газоход; 22- содовая печь; 23-топка
’
газа абсорбция
Газы выделяющиеся при кальцинации содержат С 0 2, Н20 , амми
вую пыль. Они направляются в циклон. Очищенный газ проходит ко " С°Д°"
газа содовых печей, орошаемый слабой жидкостью. Далее газ постГСКТ° Р
холодильник газа содовых печей (ХГСП) вместе с жидкостью. В Х тгл ” *
ступает также газ из промыватсля газа абсорбции (ПГАБ). Из ХГСП П°"
жденлый газ поступает вниз промывателя газа содовых печей (ПГСП) и ^ алсе направляется на компрессию.
да
Слабая жидкость, содержащая примерно 20 н.д. аммиака и 10 н.д. соды из
ХГСП, собирается в сборник, а оттуда идёт на малую дистилляцию, а часть
её идёт на орошение коллектора газа содовых печей.
Конденсат из малой дистилляции или вода после орошения ПГСП в виде
скрубберной жидкости подаётся на промывку бикарбоната на фильтрах.
Время пребывания соды в печи примерно 2 часа. Состав и количество печ­
ного газа на 1 т соды : диоксида углерода - 400 кг, аммиака -20 кг, влаги 500 кг, содовой пыли -20 кг.
Содовые печи обогреваются через стенку, чтобы не разбавлять выделя­
ющийся диоксид углерода, содержание которого на выходе из печи достигает
96 -98% . Содовые печи работают при разрежении в 1 мм вод. ст., так как при
большем разрежении будет подсос воздуха, что приведёт к разбавлению газа
кальцинации, а в случае избыточного давления будут потери диоксида угле­
рода
Рис. 47. Большая ретурная содовая печь:
1- опорный ролик 2- цепь; 3- подлшшшк, 4- горловина печи; 5- за,Р>*>™“
камера; 6- смеситель; 7- питатель; 8- штуцер для отвода газов; 9- ободы; 10- о лажи, 11- конические бочки; 12- содовая почт.; 13- выгружпой шпек, 14- электр
двютатель; 15- редуктор, 16- зубчатое колссо;17- колосниковая решетка.
Содовая печь - горизонтальный вращающийся барабан с внешним
обогревом с приводом от электромотора через редуктор. Барабан
f
содовой ретурной печи изготовлен из углеродистой стали марки Сг 3.
состоит из 4-х бочек-царг, сваренных встык поперечными швами. К перед144
нему -загрузочпо-му и
" Р е з о ч н о м у хощам барабана приваре­
ны конические бочки, к узким цилиндрическим горловинам которых прикле­
паны чугунные ободы, на которых укреплены опорные бандажи печи. Горло­
вина передней части печи входит в неподвижною загрузочпую камеру.
Врашаюшаяся горловина уплотнена при помощи сальника, в котором она
может перемещаться вдоль оси барабана при изменении его длины в процес­
се обогрева при температурных изменениях длины барабана.
Загрузочная камера имеет штуцер для отвода газов из печи. С внутренней
стороны загрузочной камеры прикреплена зубчатая цепь, служащая для
очистки внутренней поверхности барабана от налипания соды и для
измельчения образующихся комков соды и для перемешивания.
Цепь состоит из отдельных массивных чугунных звеньев массой до 135
кг каждое шарнирно связанных друг с другом.
Загрузка бикарбоната и ретурной соды производится с помощью питателя
и смесителя. При смешении сырого бикарбоната с горячей ретурной содой
происходит разложение карбамата натрия с выделением аммиака. Поэтому
питатель-смеситель должен быть герметичным.
Горловина задней выгрузочной камеры закрыта крышкой с центральным
отверстием для ввода в печь выгружного шнека. Вокруг шнека вместе с ба­
рабаном вращается сито, прикрепленное к крышке печи.
В таблице 30 приводятся основные характеристики промышленных содо­
вых ретурных и безретурных печей.
Таблица 30. Техническая характеристика содовых печей:
№
Показатель
1
Производительность по содс
прп 18% влажности бикар­
боната. т/cvncn
Длина по бандажам, м
Диаметр барабана, м
Поверхность тсплообм., м2
Число оборотов, об/шш
Мощпость привода. кВт
Температура выгруж. соды.°С
Уд. расход топлива, кг уел.
топлива /т соды
% СОг в газе кальцинации
2
3
4
5
6
7
8
9
Тип печи
с двумя вальцами
с одним вальцом
смесителя
смесителя
безретур
ретурная
безрегур.
ретурная
75
19,8
12
114
5
114
150
131
150
150
157
25
15
173
4
173
160
122
мазут
24
165
177
5
177
150
112
27
2,8
205
4
205
160
127
M33VT
85-90%
К внешней поверхности сита по его образующим прикреплены 8 лопаток
-ковшей. При вращении барабана ковши собирают соду в нижнем
положении и ссыпают се на сито в верхнем положении. Прошедшая через
сито сода выгружается из печи.
145
Печь бандажами опирается на две пары роликов с подшипниками
ролики снабжены ребордами, фиксирующими положение конца бап f ^ " ”'
передняя пара роликов не имеет реборд, благодаря чему при наглев
3
смещается только передний конец барабана.
Псча
Для обогрева печи может применяться любое топливо, но при го
твердого топлива образуется зола и его трудно транспортировать При™"
боте на мазуте температура факела примерно 1400°С. Наиболее удобное т Г
ливо - природный газ.
^
Паровые капъцинаторы
Главным недостатком огневого обогрева содовых печей является высо­
кая температура 300-400° наружной поверхности барабана и неравномерный
нагрев, приводящий к местному перегреву и далее к деформации стенки и
образованию трещин и прогаров.
В настоящее время в процессе кальцинации в качестве теплоносителя
предпочтение отдаётся пару высокого давления. Это позволяет увеличить
поверхность теплообмепа до 3000 м2, благодаря чему почти в два раза увели­
чивается удельная производительность кальцинатора (съём с единицы объё­
ма) по сравнению с содовыми печами, увеличивается коэффициент исполь­
зования тепла и снижаются эксплуатационные расходы. Недостаток исполь­
зования пара - более высокая его стоимость по сравнению с жидким и газо­
образным топливом.
Рис. 48. Паровой кальцинатор.
1-смеситель; 2-торцсвое угиютлсипс; 3-барабан; 4-вспцовая шестсрпя;
5-обод; 6-тсгоюизоляцпя; 7-оребрсппыс трубьт, 8-трубная решетка; 9колъцсвая камера; ! О-вьтгрузочная камера
Зато при одинаковой производительности
объем помещения,
занимаемого кальцинатором, значительно меньше. Отсутствует громоздкая и
дорогая огнеупорная обмуровка. На рис. 48 показано устройство парового
кальцинатора.
146
Температура соды в кальцинаторах выше, чем в содовых печах что спо­
собствует сс болсс высокой насыпной плотности. Кроме того, при более вы­
соких температурах нагрева достигается большая скорость кальцинации
Паровые кальцинаторы отличаются высокоразвитой поверхностью нагрева
д м увеличения поверхности теплообмена обогревающие трубы в кальцин*
торах снабжены по всей длине поперечным оребрением
В таблице 31 приводятся основные технические характеристики проМЫШ-
ленных кальцинаторов.
Таблица 31. Техническая характеристика кальцинатров:
Показатель
№
1
2
ФРГ
_
тип смесителя
производительность соды, т/сут.
диаметр барабана, м
длина барабана, м
поверхность нагрева, м2
параметры пара;
а) давление, атм
б) тсмпература,°С
7 расход пара, т/т соды
S мощность привода, кВт
9 число оборотов в мин.
10 % ССЬ в газе кальцинации
11 масса кальцинатора, т
3
4
5
6
Кальцинаторы
ФРГ
Польша
одновалън.
Франция
двухвальный
300
2.6
20
1280
600
3
30
2780
600
3
33
2820
600
3.6
36
3120
32
240
1.7
75
7
93
163
31
260
1.54
132
7
93
210
35
270
1.5
160
5.3-6.7
32-35
270
1.4
180
2,86
97
310
160
Внутри вращающегося стального барабана расположено три ряда обогревшощих оребрёпиых труб, развальцоваппых на концах в стенках кольце­
вых камер - трубных решеток. Барабан кальцинатора имеет уклон в сторону
выгрузки соды, которая выходит из кальцинатора через выгружной карман.
Пар подают в кольцевую паровую камеру через штуцер неподвижной части
кальцинатора и далее по центральной трубе и отходящим от нее к паровой
камере трем патрубкам. Конденсат из труб стекает в паровую камеру и из
неё через ряд отверстий в кольцевую камеру для конденсата, а с другой сто­
роны имеются отверстие и трубопровод для вывода конденсата из кальцинатора. Попавший в секцию в нижнем её положении конденсат при вращении
барабана вытекает с другого конца секции по трубопроводу и далее через
штуцер выводится из кальцинатора.
Кальцинатор работает с рстурным питанием. Смешение сырого
гЦДрокарбоната с ретуром происходит в смесителе. На наружной
поверхности кальцинатора имеется тепловая изоляция. Сода выгружается
перез выгрузочную камеру, а газы кальцинации выводятся через штуцер
смесителя.
147
В Китае используются также кальцинаторы с кипящим слоем пп
дитсльностъю до 300 т соды в сутки. Такой калышнатор - вертикальтт*8'*'
ничсский аппарат, снабженный двумя встроенными трубчатыми те
К0"
м етш кам и с общей поверхностью 700 м: , которые обогреваются пар™006'
соких параметров. Кипящий слой создастся газами кальцинации, очищенВЫ
ми от содовой пыли путём мокрой очистки.
Преимущества: простота герметизации, большая удельная производительность по сравнешпо с вращающимися аппаратами. Отсутствие вращающихся
частей. Недостатки: необходимость тщательного контроля и сложность
регулирования состояния кипящего слоя, необходимость периодических
остановок для замены твердого вещества, так как сода измельчается
налипает на стенки, что приводит к
постепенной забивке аппарата
мелкодисперсной содовой пылью. Поэтому кальцинаторы с кипящим слоем
не нашли широкого применения.
Холодильник газа содовых печей (ХГСП) - состоит из холодильника и
постамента. Сам холодильник состоит из холодильных бочек. Газ и слабая
жидкость движутся по межтрубному пространству сверху вниз, а охлаждаю­
щая вода по трубам снизу вверх. На 1 т соды конденсируется около 350 кг
воды и улавливается 8 кг аммиака, 10 кг СОг и 10 кг соды.
Промыватель газа, выходящего из кальцинатора, представляет собой
насадочный аппарат, заполненный деревянной хордовой насадкой или кера­
мическими кольцами Рашига и орошается водой. Конструктивно холодиль­
ник и промыватель газа кальцинации могут быть объединены в один аппа­
рат.
Технологическая схема отделения кальцинации КСЗ
На рис. 49 представлена технологическая схема отделения кальцинации
сырого бикарбоната на КСЗ.
Состав сырого бикарбоната, поступающего из бикарбонатного отделения:
NaCl - 0,34%; Н20 - 17,0% ; Ы а Н С О з - 78,17% ;
NajCOj - 0,5%;
NH 4HCO 1 - 3,98% ; нерастворимых веществ -0,01% .
Влажный бикарбонат из бикарбонатного отделения с температурой 32°С
ленточным конвейером поз. V0301 подается на винтовой конвейер №2 поз.
V0519a/B. Далее бикарбонат пересыпается на винтовой конвейер поз.
V0502a/e, которым подаётся в головную часть кальцинатора поз. L0501а/в.
Специальным загрузчиком, входящим в комплект кальцинатора, бикарбонат
подаётся во внутрь кальцинатора, где происходит смешение бикарбоната с
возвратной (донной) содой для уменьшения влажности бикарбоната, что
148
149
Рис.49. Отделения
ка л ь ц и н ац и и
предотвращает комкование. В кальцинаторе поз. L0501a/e то
ложсннс бикарбоната при нагревании с получением легкой 00^
“ ^
Р“ ‘
Выходящий из кальцинатора газ содержит диоксид углерод, водяные
пары, аммиак и содовую пыль с температурой 115'С и имеет небольшое
избыточное давление 0,0013МПа, Он проходит очистку от пыли и аммиака и
отсасывается компрессором поз. J0703
установленным в отделении
компрессии.
Газ из кальцинатора поступает в циклон поз. Ғ0501а/в, где происходит
очистка от содовой пыли. Предусмотрен обогрев циклона паром с давлением
0,2 МПа (изб.) и температурой 135°С.
Газ в циклон поступает по касательной к окружности и поэтому приобре­
тает в цилиндре циклона вращательное движение и направляется в централь­
ную трубу. Возникающая центробежная сила отбрасывает содержащиеся в
газе частицы соды к стенкам аппарата и они, укрупняясь, оседают в конус­
ной части циклона.
Пыль из циклона поступает на винтовой конвейер пыли поз. V05I0a/e,
входящий в комплект кальцинатора и возвращается в кальцинатор Ь0501 а/в.
Из циклона газ с температурой 115°С поступает в поглотитель поз.
Ғ0505а/в для очистки от аммиака. Поглотитель - это цилиндр с коническим
днищем. В поглотителе конденсатом, образующимся при конденсации водя­
ных паров в конденсаторе поз. Е0501, частично поглощается аммиак и от­
мывается содовая пыль. Конденсат с температурой 45°С подабтея насосом
поз. J050la/в в верхнюю часть поглотителя через 6 форсунок.
Конденсат из поглотителя возвращается в нижшою часть конденсатора
поз. Е0501. Газ далее идёт в коллектор с брызгалками, в которые подастся
конденсат насосом поз. J0501а/в.
Газ из поглотителя поз. Ғ0505а/в с температурой 115°С поступает в верх­
нюю часть конденсатора поз. Е0501 и идёт сверху вниз по трубному про­
странству. В межтрубное пространство конденсатора подаётся оборотная во­
да прямая с температурой 28°С и давлепием 0.4МПа (изб ).
Конденсатор - цилиндр с эллиптической крышкой. В нём газ из кальцинаторов охлаждается до 45°С. Пары воды, содержащиеся в газах кальцинации,
конденсируются. Конденсат собирается в нижней части конденсатора и
насосом поз. J0501a/e подаётся в поглотитель поз. Ғ0505а/в и в отделение ди­
стилляции и абсорбции.
Газ из нижней части конденсатора поступает в скруббер газа кальцина­
ции поз. Е0502. Это вертикальный цилиндрический аппарат с насадкой.
Верхняя часть аппарата оборудована устройством для распределения про­
мывочного раствора и отбойным элементом. Газ поступает в среднюю часть
скруббера. Слабый раствор для окончательной очистки газа от содержаще­
гося в нём аммиака поступает из отделения дистилляции и подаётся в верх­
нюю часть аппарата.
Огмьггый от аммиака газ, содержащий 85,26% СО2 и 0,71% об. аммиака с
температурой 45°С, из скруббера поз. Е0502 поступает в отделение компрес­
сии.
150
Промывная жидкость, содержащая аммиак, углекислый газ и кальциниро­
ванную соду из нижней части скруббера насосом Я)502а/в подаётся в бикарбонатнос отделение. Часть промывной жидкости насосом поз. J0502a/B при
необходимости может возвращаться в скруббер поз. Е0502. В линию возвра­
та промывной жидкости в скруббер предусмотрена подача обессоленной во­
ды.
Процесс кальцинации бикарбоната натрия с получением кальцинирован­
ной соды протекает с поглощением тепла - это эндотермический процесс. В
качестве теплоносителя в калъцинаторс используется пар с давлением 3,1
МПа и температурой 236“С.
Конденсат этого пара выходит из кальцинатора и поступает в верхнюю
часть сборника конденсата поз. Ғ0503а/в, представляющего собой вертикаль­
ный цилиндрический аппарат с эллиптическими крышкой и днищем.
Выделившийся из конденсата пар с давлением 3,1 МПа (изб.) и темпера­
турой 236“С из верхней части сборника конденсата подаётся в линию подачи
пара в кальцинатор поз. LOSOIa/в. В случае необходимости предусмотрен
сброс пара из сборника конденсата в атмосферу.
Конденсат из нижней части сборника конденсата поз. Ғ0503а/в с давле­
нием 3,1 МПа (изб.) и температурой 236°С поступает в испаритель поз.
Ғ0502а/в. Уровень конденсата в сборнике конденсата поз. Ғ0503а/в контро­
лируется по месту. Пар, выделившийся из конденсата при прохождении че­
рез регулятор уровня, установленный на линял подачи конденсата в испари­
тель, возвращается в сборник конденсата поз. Ғ0503а/в.
Испаритель поз. Ғ0502а^в предназначен для разгрузки внутрицеховых
коллекторов конденсата от пара вторичного вскипания. Испаритель - верти­
кальный цилиндрический аппарат с эллиптическими днищем и крышкой,
оборудованный отбойным элементом. Конденсат тангенциально поступает в
испаритель, вскипает и при этом образуется вторичный пар с давлением 1.4
МПа и температурой 197,4'С. Этот пар из верхней часта аппарата поступает
в коллектор пара, подаваемого в кальцинатор тяжелой соды поз. L0602.
Из нижней части испарителя конденсат с давлением 1,4МПа (изб.) и
температурой 197,4°С поступает в отделение тяжелой соды в испаритель поз.
Ғ0603. Пар, отделившийся от конденсата, при прохождении через регулятор
уровня, у4становлеш1ый на линии выхода конденсата из испарителя, возвра­
щается в испаритель.
Образующаяся в калъцинаторс поз. L0501 а/в легкая сода из головной ча­
сти кальцинатора с температурой 180°С выводится на винтовой конвейер №7
поз. V0520a/e, входящий в комплект кальцинатора. Далее легкая сода пере­
сылается на скребковый конвейер легкой соды №1 поз. V0503 и загружается
с него в элеватор легкой соды поз. V0505. Из элеватора поз. V0505 сода поступает:
___
- в охладитель лёгкой соды поз. L0503;
- на скребковый конвейер лёгкой соды №2 поз. V50 , с к
пересыпается на конвейер лёгкой соды №5 поз.
в отделение тяжелой соды.
151
В охладителе поз. L0503 сода охлаждается до 70°С. Охладитель
лообмснник с двумя вращающимися роторами с лопастями в kotod ЭТОтеп'
ется охлаждающая вода. Роторы вращаются в противоположных Г ' П0ДЗ‘
ниях. На нижнюю часть корпуса охладителя паварена рубашка, в к ^ " ™ '
подаётся охлаждающая вода.
которую
В охладитель подаётся охлаждающий агент - обессоленная вода с
пературой 40°С насосом поз. J0504a/e из ёмкости обессоленной воды ™М'
F0504. При этом обессоленная вода проходит через пластинчатый холодиль­
ник обессоленной воды поз. С0501 охлаждаемый оборотной водой с темпе­
ратурой 28“С.
Температура обессоленной воды на выходе из холодильника поз. С0501
регулируется клапаном, установленным на линии подачи оборотной воды в
холодильник поз. С0501. Первоначально в ёмкость поз. F0504 обессоленная
вода поступает из коллектора обессоленной воды.
Из охладителя поз.10503 охлаждённая лёгкая сода с температурой 70°С
переключающим устройством поз.У0514в может подаваться на скребковый
конвейер легкой соды №3 поз.У0506 или во вращающееся сито лёгкой соды
поз. V0507, где делится на мелкие и более крупные фракции. Прошедшая че­
рез сито сода - это готовый продукт - легкая сода. Она подаётся на конвейер
легкой соды позЛ/0506. Более крупные фракции, не прошедшие через сито,
поступают в дробилку позЛ/0508, где происходит измельчение крупных
кусков соды, и из неё на конвейер №3 no3.V0506.
Далее легкая кальцинированная сода с температурой 70°С подъёмно-тран­
спортным оборудованием подается на упаковку в отделение упаковки лег­
кой соды по схеме: конвейер №3 поз. V0506 - скребковый конвейер №4
поз.У0509 - скребковый конвейер №6 поз. V0512 - элеватор лёгкой соды
№2 поз.У0513 - отделение упаковки.
Кроме того, её при необходимости можно передавать на упаковку и в от­
деление упаковки тяжелой соды. Для этого с конвейера №3 поз. V0506 при
помощи переключающего шибера поз. V0515 лёгкая сода подаётся на скреб­
ковый конвейер тяжелой соды №2 поз. V0603. И наоборот, тяжелую соду
можно подавать на упаковку в отделение упаковки лёгкой соды. Для этого с
конвейера №2 поз. V0603 при помощи переключающего шибера поз. V0516
тяжелая сода подаётся на конвейер лёгкой соды №4 поз. V0509.
Для приготовления раствора кальцинированной соды, необходимого в
отделении очистки рассола, часть лёгкой соды с конвейера №2 поз. V0504
поступает в емкость для подготовки раствора соды поз. L0502. Для
приготовления раствора соды в период пуска и при остановке отделения
тяжелой соды используется обессоленная вода. При установившемся режиме
для приготовления раствора соды используется фильтрат из цетрифуг поз.
J0604, который подаётся насосом поз. J0605 а/в с и температурой 55“С из
ёмкости для фильтрата поз. L0604.
Ёмкость для подготовки раствора соды поз. L 0502 - это в е р т и к а л ь н ы й
цилиндр с плоской крышкой, спабжёипый мешалкой. Из ёмкости поз. L 0502
152
гтвор к а л ь ц и н и р о в а н н о й соды (Na2CO) - 50 н.д.) с температурой 55°С
сосом поз. J0503a/e п о д а й с я в отделение очистки рассола.
Нормы технологического режима кальцинации бикарбоната натрия
Степень и скорость разложения гидрокарбоната натрия в кальцинаторе
зависят от температуры. Температура солы на яыхоле из кальцинатора
должна быть 180-200°С. Эта температура зависит от количества сырого
бикарбоната, заружасмого в кальцинатор и его влажности. При снижении
температуры необходимо увеличить подачу греющего пара в калыщнатор.
для снижения температуры можно увеличить подачу сырого бикарбоната в
кальцинатор. Повышение температуры выше установленной указывает на
недогрузку кальцинатора или перерасход пара. В зтом случае надо или
уменьшить расход пара или увеличить подачу сырого бикарбоната в
кальцинатор.
Ниже в таблице 32 приводятся регламентные нормы отделения каль­
цинации КСЗ.
Таблица 32. Нормы технологического режима отделения кальцинации
№
Поток реагента или аппарат
1.
Газ кальщгаацни на выходе нз сепара­
тора (циклона) поз. F0501а/в
Газ кальцинации па выходе из калыщ­
натора лёгкой солы поз. L0501а/в
Кальщппгроваиная сода на выходе из
кальцинатора лёгкой соды поз. Ь0501а/в
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Темпе­
ратура.
°С
105-120
105-120
Давление.
МПа
(гоб)
Минус 150 мм
в. ст. (вакуум )
атмосферное
Расход
п др. пока­
затели
10000-11000
кг/час
20.5- 22,55
и5/час
180-200
Пар среднего давления, подаваемый в
кальцинатор лёгкой соды поз. LOSOla/в
Конденсат на входе в поглотитель поз.
Ғ0505а/в
Газы калыцшации на входе в конденса­
тор поз E050I
Газы кальцинации на выходе нз конден­
сатора поз. Е0501
236237.44
3-3,1
105-115
Оборотная вода на входе в конденсатор
поз. Е0501
Оборотная вода на выходе нз кондееса-
Не более
28
39
Минус 150 мм
в ст. (BaKWM)
Mnevc 0.00060,0025
(вакуум)
0.4
45
0,2-0,3
Уровень
80%
10.
Кондепсат в пижней части копдспсетора
поз. Е0501
I азы кальщшацпи на выходе in скруб­
бера поз. Е0502
12. Слабый раствор па входе в скруббер
поз. Е0502
дзГ Лромывиая жидкость па выходе
тг
го
153
45
40
40-47.5
Минус 0,0030.011 (вакуум!
14.
15.
16.
круббсра поз Е0502
Промывная жидкость в нижней части
:круббера поз Е0502
Раствор соды в отделение очистки рас­
сола
Раствор соды в емкости поз. L0502
Уровень 55-60
y Powm. is.
17.
Лёгкая халъщшпроваппая сода, посту­
пающая в охладитель поз L0503
18. Лс 1кая кальцинированная сода на выхо­
де нз охладителя поз. L0503
19. Охлаждающая обессоленная вода на
выходе i d холодильника поз. С0501
20. Охлаждающая обессоленная вода оа
выходе из охладителя поз. L0503
21. Обессоленная вода на входе в холо­
дильник поз. С0501
21. Оборотная вода па входе в холодильник
поз. C0S01
22. Оборотная вода на выходе из холодиль­
ника поз. С0501
23. Пар па выходе га верхней части сбор­
ника конденсата поз. Ғ0503а/в
24. Сборник конденсата поз. Ғ0503а/в
25. Пар на выходе из верхней части испа­
рителя поз. Ғ0502а/в
26. Испаритель поз. Ғ0502а/в
27. Пар, выдаваемый в коллектор пара низ­
кого давления (1.4 МПа изб.) из испа­
рителей поз. Ғ0502а/в
28. Пар среднего давления в коллекторе па­
ра среднего давления
29. Пар низкого давления, используемый
для обогрева трубопроводов и аппара-
170
60-70
40
0,2-0,3
55
55
0,4
39
0.2-0,3
3,1
3.1
1,4
1.4
2025-2228
кг/час
3,1
0,2
532930591220
кг/час ____
30.
Оборотная вода прямая на входе в отде­
ление
31.
Оборотная вода обратная на выходе из
39
0.2-0,3
32.
Обессоленная вода на входе в отделение
кальцинации
Воздух КИП па входе в отделение
кальцинации
___________________
25
0,4
33.
8.
Контрольные вопросы
154
40000SOOOO кг/час
0 .6 -0 ,7
-------
1.Приведи" технологическую схему отделения кальцинации
2 .Какие рсакши протекают в процессе кальцинации.
3 объясните принцип работы кальцинатора
4 .Какие типы кальцинаторов используются а производстве солы
5 .0 сновное цели стадии кальцинации.
6.Нормы технологического режима отделения кальцинации
7.Требования к кальцинированной соде.
155
ГЛАВА IX. ПРОИЗВОДСТВО ТЯЖЕЛОЙ СОДЫ
Физико-химические основа получения тяжелой соды
чей Н!5ыпная плотность кальцинированной соды, выходящей из содовых не~нли кальцннаторов, 0.48-0,56 т/м3. В таблице 33 приводится примерный
грансостав «легкой» соды.
Таблица 33. Примерный грансостав «легкой» соды
Размер частиц
Содержание частиц
мм
%
>0,4
1.0
0,4-0,2
5,2
0,2-0,1
28,6
0,1-0,07
35
0,07
30,2
Такая сода легко распыляется (мелкая), занимает большой объём, имеет
малую теплопроводность, легко комкуется при перемешивании с влажным
материалом. Сода имеющая насыпную плотность 0,9-1,0 т/м’ называется
тяжелой содой. Её получают из моногидрата соды N a^ O jih O . Для этого
вначале получают моногидрат:
NajCOj + НгО = NajCOjHjO
(61)
Он имеет насыпную плотность 1,15 т/м3. Образующийся моногидрат име­
ет крупнокристаллическую плотную структуру. В таблице 34 даны сопостави-тельные сведения по гранулометрическому составу моногидрата и тяже­
лой соды.
Таблица 34. Грансостав моногидрата и тяжелой соды:
Размер частиц, мм
1,2-0,6
0.6-0.4
0.4-0.2
0.2-0.1
0,1-0.07
менее 0,07
Содержание частиц. %
в тяжелой соде
в моногидрате
13,5
1.5-18
11.5
1.5-19
44
46-42
22.5
45-15
4.5
5-4.5
4
1,0-1.5
При прокаливании моногидрата сохраняется его кристаллическая струк­
тура.
Преимущество тяжелой соды перед легкой заключается в том, что при
составлении шихты из неё и других твёрдых материалов значительно умень­
шается пылснис. Это даёт возможность получать болсс однородную шихту и
улучшить санитарные условия ведения процесса. Однородная шихта позво­
ляет получать продукты лучшего качества. Кроме того, большая насыпная
плотность соды позволяет сокращать транспортные расходы.
156
Существует и другой способ получения тяжелой соды. Он заключается в
прессовании легкой соды на валковом прессе. Плотные пластинки
образующей” при "Рессован™ тяжелой соды дробят и рассеивают на
Фракции на ситах. По этому способу получаемый продует имеет более
однородные по размерам зерна, обладающие большей прочностью при
истирании в процессе упаковки, транспортирования и потребления.
Уста н о вк и прессования компактнее и намного экономичнее, чем уста­
новки по производству тяжелой соды способом гидратации с последующей
кальцинацией моногидрата.
Имеются сведепия о возможности получения тяжелой соды из бикарбо­
ната путем прокаливания его при высоких температурах и давлениях.
Технологическая схема получения тяжелой соды на КСЗ
На рис.49 представлена технологическая схема отделения тяжелой соды
на КСЗ. Легкая кальцинированная сода с температурой 70°С из отделения
кальцинации скребковым конвейером легкой соды №5 поз. V0511 подастся
в бункер лёгкой соды поз. F0602. Бупхер представляет собой вертикальную
цилиндрическую ёмкость с коническим днищем объёмом 40 mj . На выходе
из бункера поз. F0602 установлен ручной скользящий шибер поз. V05I8. Из
бункера поз. F 0602 лёгкая сода поступает на дозировочный винтовой кон­
вейер легкой соды №1 поз. V0601, которым загружается в гидратор поз.
L0601.
Гидратор - вращающийся цилиндрический барабан, оборудованный
устройствами для загрузки и разгрузки. Скорость вращения барабана гидратора - 5,9 об/мин. В гидратор со сторопы загрузки вмонтирована труба для
равномерного распыления воды в лёгкую кальцинированную соду. Также со
стороны загрузки гидратора для регулирования температуры процесса в
пшраторе и контроля температуры выходного материала имеется вход воз­
духа со съёмной крышкой, который предназначен для регулирования вруч­
ную расхода воздуха по температуре.
Для получения моногидрата соды в гидратор насосом поз. J060 la/в по­
даётся вода из ёмкости промывной воды поз. F0601 охлаждённая в пластин­
чатом холодильнике поз. С0601 до 60“С. Холодильник поз. С0601 - пластин­
чатый теплообменник. Охлаждающим агентом в пластинчатом теплообмен­
нике является оборотная вода прямая с температурой 28°С.
Расход промывной воды, подаваемой в гидратор поз. L0601, регулирует­
ся клапаном, установленным на лилии подачи промывной воды в гидратор.
Увлажненная легкая сода во время пребывания в гидраторс в результате
Реакции гидратации превращается в крупнокристаллический влажный моно­
гидрат соды, который с температурой 92"С устройством для разгрузки из
гидратора подаётся в центрифугу поз. J0604 для отжатая остаточно воды
нромывки кристаллов моногидрата.
На рис. 51 представлено устройство центрифуги.
157
Рис. 51. Принципиальное устройство центрифуги типа ФГП.
1- прпвошюй шкпв, 2- ползун-псрскточатель, 3 - поршень, 4 - вал,
5- распределитель, 6- полый вал. 7- кольцо толкателя, 8- кольцо-толкагтеля, 9- фильтрующее кольцо. 11- регулирующее кольцо. 12 -ко­
нус, 13- выгружпой патрубок, 14- кожух центрифуги
Для промывки кристаллов в центрифугу поз. J0604 насосом поз. J0601а/в
подаётся промывная вода с температурой 85,73°С из ёмкости промывной во­
ды поз. F0601.
Фильтрат из центрифуги поз. J0604 с температурой 92°С собирается в
ёмкость фильтрата поз. L0604 и оттуда насосом фильтрата поз. Л0605а/в от­
качивается в отделение кальцинации в ёмкость для приготовления раствора
соды поз. L0502. Ёмкость для фильтрата поз. L0604 - вертикальный цилин­
дрический аппарат, снабженный мешалкой.
Для промывки внутреннего сита к центрифуге поз. J0604 подводится
оборотная вода прямая с температурой 28°С.
Отжатый и отмытый моногидрат соды с центрифуги поступает в
кальцинатор тяжелой соды поз. L0602, где в результате нагрева происходит
его обезвоживание и образуется тяжёлая кальцинированная сода. Устройство
кальцинатора тяжёлой соды поз. L0602 аналогично устройству кальцинатора
лёгкой соды поз. L0501а/в.
Для обогрева головной части кальцинатора используется пар с давлени­
ем 0,2 МПа и температурой 113”. Для нагрева моногидрата соды использует­
ся пар с давлением 1,4МПа и температурой 197,4°.
Пар давлением 1,4МПа получают редуцированием пара среднего давле­
ния 3,1 МПа. Часть пара давлением 1,4МПа (изб.) редуцируется до давления
158
0,2 М Па (изб.), увлажняется бойлерной водой, поступающей из сети завода
и п о д а й с я в отделение дистилляции и абсорбции.
Рис.52. Гидратор
Конденсат пара с давлением 1,4МПа (изб.) и температурой 197,4'С, вы­
ходящий из зоны нагрева кальцинатора, поступает в верхнюю часть сборника
конденсата поз. F0604. Сборник конденсата - вертикальный цилиндр с эл­
липтическими днищем и крышкой. Пар, выделившийся из конденсата в
сборнике конденсата поз. F0604 из верхней его части, идет в линию подачи
пара 1,4МПа(изб.) в кальцинатор.
Из нижней части сборника конденсата поз. F0604 конденсат поступает в
испаритель поз. F0603. Пар, выделившийся из копдепсата, при прохождении
через регулятор уровня, установленный па линии подачи конденсата в испа­
ритель, возвращается в сборник конденсата. Испаритель поз. F0603 предна­
значен для разгрузки внутрицеховых коллекторов конденсата от пара вто­
ричного вскипания. Это вертикальный цилиндр с эллиптическими крышкой
н днищем, оборудованный отбойником.
Конденсат тангенциально поступает в пспарнгель и прп этом происходит
его вскипание за счет более низкого давления. Образующийся в испарителе
пар с давлением 0,2МПа (изб.) и температурой 133,5°С из верхней части ис­
парителя поступает в общезаводской коллектор пара низкого давления
(0,2МПа, изб.).
Из нижней части испарителя поз. F0603 конденсат с давлением 0,2МПа
(изб.) и температурой 133,5°С выдаётся в общезаводской коллектор конден­
сата низкого давления. Пар давлением 0,2МПа (изб ), отделившийся от кон­
денсата, при прохождешпг через регулятор уровня, установленный на лизтии
выхода конденсата из испаргггеля, возвращается в испаритель.
Тяжелая сода, образовавшаяся в кальшгнаторе поз. L0602, из головной
части кальцинатора с температурой 160°С выводится на вигповой конвейер
тяжелой соды №1 поз. V0608, входящий в комплект кальцинатора.
159
Винтовым конвейером поз.У0608 тяжелая сода загпужаетс
вый элеватор тяжёлой соды №1 поз. V0602, а с него в охлалит * СКребкосоды поз. L0603, где охлаждается до 70°С.
тяжелой
Устройство и принцип действия охладителя тяжелой соды поз I
аналогично устройству и принципу действия охладителя лёгкой содц поз
Охлаждающим агентом в охладителе поз. L0603 является обессолен»,,,
вода. Охлаждённая до температуры 40°С в холодильнике поз С0501 обес
ленная вода подаётся в охладитель поз. L0603 из отделения кальцинам™
насосом поз. J0504a/e. Из охладителя обессоленная вода с температупой
55°С возвращается в ёмкость обессоленной воды поз. F0504.
Из охладителя тяжелой соды поз. L0603 охлаждённая до 70°С тяжёлая
сода переключающим устройством поз.У0514с может подаваться на скреб­
ковый конвейер тяжелой соды № 2 поз. V0603 или во вращающееся сито
тяжелой соды поз. V0605, где происходит разделение тяжелой соды на мел­
кие и крупные фракции. Прошедшая через сито сода является готовой про­
дукцией. Она поступает на конвейер тяжелой соды №2 поз. V0603.
Более крупные фракции, не прошедшие через сито, поступают в дробилку
поз. V0606, где происходит измельчение крупных кусков соды. Из дробилки
измельчеттые фракции также поступают на конвейер №2 поз. V0603.
Готовая кальцинированная тяжёлая сода с температурой 70°С подъёмно­
транспортным оборудованием подаётся в отделите упаковки по схеме:
конвейер №2 поз. V0603 - скребковый конвейер №3 поз. V0604 - элеватор
тяжёлой соды №2 поз. V0607 - отделение упаковки.
При необходимости кальцинированную тяжёлую соду можно подать на
упаковку подъёмно-транспортным оборудованием отделения кальцинации.
Для этого с конвейера №2 поз. V0603 при помощи шибера поз. V0516 тяжё­
лая сода подаётся на конвейер лёгкой соды №4 поз. V0509.
Газы, выделяющиеся из кальцинатора поз. V0602 с температурой 115°С и
гидратора поз. L0601 с температурой 90°С. содержащие водяные пары, воз­
дух и пыль соды, отсасываются через систему очистки
газодувкой
поз_10602а/в и выбрасываются в атмосферу.
Очистка газов происходит в насадочном скруббере поз. Е0601. Верхняя
часть аппарата снабжена устройством для распределения промывного рас­
твора и отбойным элеметггом. Газ поступает в средшою часть скруббера, а
сверху насосом поз. J0601a/e из ёмкости промывной воды поз. F0601 подает­
ся промывная вода с температурой 93,83°С.
Предусмотрен подвод обессоленной воды для заполнения ёмкости поз.
F0601 в момент первоначального пуска. Промывная вода из нижней части
скруббера поз. E060I возвращается в ёмкость промывной воды поз. F0601.
Отмытый от примесей содовой пыли и охлажденный газ кальцинации с
температурой 93,83°С и давлением 8,2 кПа газодувкой для выброса воздуха
поз. J0602a/e подаётся в вентиляционную емкость поз. F0605 для окончатель­
ной промывки И охлаждения. Труба входа газа в вентнляциошюй ёмкости
опущена под линию перелива. В эту емкость насосом поз.ДО601а/в подастся
160
промывная вода из ёмкости поз. F0601 для окончательной промывки выбра­
сываемого в атмосферу газа.
В е н т и л я ц и о н н а я емкость поз. F0605 заполняется промывной водой до пе«дава. Газ, проходя через слой воды, очищается и выбрасывается в атмо­
сферу. Промывной раствор по переливу из вентиляционной емкости поз.
F0605 возвращается в ёмкость промывной воды поз. F0601.
Механизированный склад кальцинированной соды
Склад состоит из отделепия упаковки с силосами, склада
кальцинированной соды при отделении упаковки и железнодорожных весов.
Мощность отделепия упаковки 30 т/час тяжелой соды, 15 т/час лёгкой соды.
Упаковка, транспортирование и хранение калыишиппвятюа т т . .
В соответствии с ГОСТ 2226-75 кальцинированную соду упаковывают в
четырёхслойные бумажные мешки. Соду, поставляемую для производства
электровакуумного стекла, упаковывают в пятислойттые бумажпые или пятпслойные ламинированные мешки. Соду, предназначенную для длительного
хранения, упаковывают в два четырёхслойных мешка, вложенных один в
другой.
Соду транспортируют насыпью в специальных контейнерах грузоотпра­
вителя. соло-, саже- и цементовозах, а упакованную в мешки - в крытых же­
лезнодорожных вагонах, сухих судах (сухогрузах), контейнерах.
Хранят соду в чистых складских помещениях, защищенных от попадания
влаги. Гарантийный срок хранения - б месяцев со для изготовления.
Запас кальцинированной соды на складе:
- при хранении тяжелой соды - 1395 та или 4,5 суток
- при хранении легкой соды - 753.3 та или 2,5 суток.
Предусмотрена возможность подачи легкой соды в один силос и тяжелой
соды во второй силос. Силосы - металлические емкости диаметром12 м н
высотой 23,5 м. В нижней части силоса располагаетсябункер
с
электрическим шиберным затвором. Под бункерами располагаются
упаковочные машины. Упаковочная машина для лёгкой соды расфасовывает
соду в мешки по 25-27,5 кг, а машина для тяжелой соды - в мешки по 50 кг.
По регламенту КСЗ кальцинированную соду упаковывают в полиэтиленовые
мешки с открытым верхом.
Мешки с кальцинированной содой складируются на деревянпых поддонах
типа 2ПВ2 в 10 рядов по 3 шт. в каждом ряду. Размер поддона 1200x1600 мм.
Поддоны с мешками кальцинированной соды отвозятся на склад при помощи
электропогрузчика. При отгрузке
продукта потребителям мешки с
кальцинированной содой загружаются в вагоны без поддонов. Мешки с
кальцинированной содой
подвозятся электропогрузчиком к вагону и
загружаются в вагон вручную. Количество взвешиваемых вагонов в сугкя
ьагонов, исходя из производительности по кальцинированной содс 3 т сут.
161
Нормы технологического реж има получения тяжелой соды
Для получения тяжелой соды отвечающей требованиям ТУ л
при максимально возможной производительности калъцинат '
*
длительной
работы
оборудования
необходимо
придержиГ "
установленных регламентом норм технологического режима. При п о л у ч а т
тяжелой соды большое значение имеет дозировка конденсата в гидратор П и
недостатке конденсата получиастся сода худшего качества, содержащая
много мелких кристаллов (содовой пыли). При гидратации соды выделяется
тепло в количестве 1180кДж/кг N a,C 0 H ,0 . Это способствует повышению
температуры и испарепто части воды. Поэтому количество вводимого
конденсата должно быть больше теоретически необходимого для
образования моногидрата. Однако большой избыток воды, подаваемой в
гидратор, приводит к растворению большего количества легкой соды и к
возрастанию нагрузки на центрифугу. В
таблице 35
приводятся
регламентные нормы отделения тяжелой соды КСЗ.
Таблица 35. Нормы технологического режима отделения
«тяжелой» соды:
№
Поток реагента ила аппарат
1.
Промывная вода на выходе из холо­
дильника поз. С0601 и на входе в гид­
ратор поз. L0601
Бункер лёгкой соды поз. F0602
2.
Темпера­
тура^
Давление,
МПа (изб)
60
0,25
Расход
и др. показатели
4,76-5,24
м3/час
170
3.
Винтовой конвейер лёгкой соды поз.
V0601
4.
5.
Газ на выходе из гидратора поз. L0601
Мопопшрат соды в гндраторс поз. поз.
L0601
Газы кальцинации на выходе из
кальцинатора
тяжелой соды поз. L0602
Тяжёлая сода на выходе га калыдана-
6.
7.
Число оборотов
4 3-4,3
об/мин
85-95
85-95
атм.
105-115
атмо­
сферное
150-160
8.
Пар низкого давления, подаваемый в
кальцинатор тяжелой соды поз. L0602
9.
Газ на выходе га скруббера поз Е0601
10.
Ёмкость промывной воды поз. F0601
162
1.4
6322,83 60S5,11 кг/час
Минус
0,002шшус
0.001
(вакуум)
Уровень -1 5 00%
11.
12.
Т з"
14.
15.
16.
17.
18.
"П ромы вная вод а на входе в холодиль­
ник поз. С0601
85.73
0 .4 4 - 0 .5
39
0 .2 - 0 .3
О боротная вод а на входе в холодкльС0601
"Оборотная вода на вы ходе из холо­
д и л ь н и к а поз. С0601
П ромы впая вола, п одаваемая в ценпнкП О З
0.4
не менее
75
т р п ф \т у поз. J0604
ф и л ь трат в ем кости для ф ильтрата
1 ,4 3 - 1.87 м 3/
час
У ровень 15-90%
поз. L.0604
Тяж елая сода, подаваемая в охлади­
тель поз. L0603
Тяжблая сода н а вы ходе из охладите­
15 0 -1 6 0
ля поз. L0603
О хлаж даю щ ая обессоленная вода на
6 0 -7 0
выходе го охлади теля поз. L0603
55
19.
Пар низкого давления 1,4 М П а (изб.) в
коллекторе после редуцирования
20.
Пар. вы даваем ы й из сборника конден­
21.
сата поз. F0604
Сборник конден сата поз. F0604
1.4
1,4
1.4
21.
Пар. вы даваем ы й го и спарителя поз. F
0603 в коллектор п ара низкого давле­
0,2
ния 0.2 М П а ( и з б )
22.
Испаритель поз. F0603
9.
Контрольные вопросы
0,2
I .Физико -химические основы получения тяжелой соды.
2.Какос оборудование используется в процессе получения тяжелой соды.
З.Объясните принцип работы гидрантсдал.
4.Тсхнологичсская схема отделения получения тяжелой соды.
5.Нормы технологического режим отделения «тяжелой» соды.
6.Какие реакции протекают в процессе получения «тяжелой» соды.
7.Требования к «тяжелой» сот®. ^
е.
163
ГЛАВАХ. РЕГЕНЕРАЦИЯ АММИАКА ИЗ ЖИДКОСТЕЙ СОДОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Д
Физико-химические основы дистилляции
Регенерация аммиака их фильтровой жидкости
и других жидкостей
содового производства осуществляется в отделении дистилляции. Часть
связанного аммиака находится в составе углеаммонийных солей и карбамата
аммония и поэтому при отгонке аммиака вместе с ним отгоняется и диокисд
углерода, который также возвращается в производство кальцинированной
соды.
Примерный состав фильтровой жидкости (фильтрата) из отделения кар­
бонизации: связанный аммиак NR.C1 - бб н.д., NH4HCO3 - 12 н.д., (ЫН4)г
CO j—13 н.д., NaCl —24 н.д., Na-SO, - 1,5 н.д., С!обШ- 9 0 н.д., прямой титр —25
н.д., NHj общ - 91 н.д., СО, „бщ - 37 н.д., S 042' - 1,5 н.д. Количество фильтрата
до 6 м3 на тонну соды. Его температура - 25-27°С.
Связашгый аммиак, или NHjCI, соответствует только о с а ж д ё н н о м у
бикарбонату NaHCOj. Прямой титр, или щелочность раствора, соответствует
солям и соединениям, которые непосредственно титруются кислотой. Это —
углекислые соли аммония, растворённый бикарбонат натрия, несвязанный
аммиак - ЫНзОН. Растворённому ЫаНСОз, образовавшемуся из NaCl и
ЫНдНСОз, в растворе должно соответствовать количество NH4C1 сверх ука­
занного в составе жидкости. Обычно, однако, эти количества растворенного
ЫаНСОз и соответствующего ему NH4C1 во внимание не принимают и отно­
сящиеся к ним ионы объединяют в виде солей NaCl и ЫН4НСОз, то есть пря­
мой титр относят целиком к углекислым солям аммония.
Несвязанный аммиак в виде NH4OH в растворе отсутствует, так как в
составе жидкости диоксида углерода содержится больше, чем прямого титра,
то есть аммиака. Избыток диоксида углерода говорит о том, что в составе
раствора присутствует кислая соль - ЫН4НСОз.
В фильтровой жидкости содержатся небольшие количества карбоната и
бикарбоната натрия, которые поступают со слабой жидкостью, используемой
для промывки осажденного бикарбоната натрия на фильтрах. Эта слабая
жидкость образуется при охлаждении и очистке газов содовых печей
(кальцинаторов) в количестве до 0,5 м1 на ! т соды. Состав слабой жидко­
сти колеблется, но ориентировочно можно принять, что в ней содержится
около 20 н.д. аммиака и до 10 н.д. карбоната натрия.
Другой источник слабой жидкости - конденсаты, образующиеся при
конденсации водяных паров в конденсаторе дистилляции и в холодильнике
газа дистилляции. В конденсате растворяются аммиак и диоксид углерода и
при этом образуется слабая жидкость, содержащая до 200 н.д. аммиака и до
170 Н.Д. диоксида углерода. Количество образующегося в КДС и ХГДС кон­
денсата составляет 0,6 - 0,7 м! на 1 т соды. Эти конденсаты содержат, кроме
того незначительные количества хлорида аммония и хлорида натрия, попа­
дающих в конденсаты из-за уноса брызг из теплообменника дистилляции.
164
З а д а ч а дистилляции
полнее выделить аммиак и вернул, в процесс бла­
годаря чему аммиак в содовом производстве является вспомогательным ма­
териалом, а не сырьем. Одновременно в процессе дистилляции отгоняется и
диоксид углерода из углеаммоггийных солей, что позволяет уменьшил, поте­
ри диоксида углерода и тем самым уменьшить расход известняка и природ­
ного газа в отделении обжига.
У глекислые соли аммония гидролизуются в растворе. При этом мало­
растворимый СО: выделяется в газовую фазу, а аммиак, как хорошо раство­
р и м ы й , остаётся в растворе, сдвигая равновесие в сторону средней соли:
NHiHCOj + Н20 = NH, ОН + HjO + СО,
(62)
№ЦНСО) + NHjOH = (NH^COj + HjO
(63)
2NHaHCOj „ = (NH<)i COj „ + COj, + H20« - 30,4 кДяс
(51)
C 0 2 начинает выделяться из раствора при 35-40°.
NR, НСО, р.р = NH jpp + СО;, + Н20 ,
(55)
Карбонат аммония разлагается при нагревании фильтровой жидкости до
температуры 70-90°С:
(ЬШОг СОз = С 0 2 + 2NH) + Н20
(54)
Бикарбонат натрия, содержащийся в фильтровой жидкости, частично
разлагается, то есть происходит так называемая «мокрая» кальцинация, по
реакции:
& ,
2 NaHC0 3 = Na-СОз + СО; * Н20
(4)
В основном же, бикарбонат натрия взаимодействует с хлоридом аммония
по реакции:
NaHCOj +NH4CI = NaCl +NH4HCO3
(50)
Карбонат натрия так же при нагревании взаимодействует с хлоридом
зммония:
Na2COj + 2 NH 4CI = 2 NaCl + С0 2 + Н20 + 2NH3
<М)
С ростом температуры из раствора начинает выделяться аммиак. В
? Г Htte ^ приводятся данные по десорбции аммиака и диоксида углерода
3 *пльтро-вой жидкости.
165
При 80-С из фильтрата выделится 62% С 0 2 и всего лишь 9»/ ,
растворимости аммиака его нельзя удалить из жи„ “! " МИаКапри 100°С Для снижсиия растворимости аммиака и отгонки его
ДаЖ°
фазу необходимо повышать равновесное давление ам м иак „ “ ° ВуЮ
парциальное давление аммиака в газовой фазе.
снизить
Таблица 36. Зависимость десорбции диоксида углерода и аммиака от
температуры раствора:
Температура,
°С
50
60
70
80
Диоксид углерода,
Аммиак,
Н-Д.
Н.Д.
5.7
10,8
16.1
23
0,1
0.2
0.8
2,1
При десорбции движущая сила процесса равна разности равновесного и
парциального давлений данного газа:
Др
= р‘ - р"
Для увеличения скорости десорбции необходимо повышать равновесные
давления аммиака и диоксида углерода (р‘) и уменьшать их парциальные
давления (рл) в газовой фазе. Повышение равновесного давления аммиака и
углекислоты достигается повышением температуры. А разбавление газовой
фазы
паром снижает парциальное давление аммиака и диоксида углерода.
Для этого используется острый водяной пар , подаваемый в нижнюю
часть дистилляционной колонны , который барботирует через слой жидкости
, нагревает ее , повышая тем самым равновесное давление аммиака, и
выделяясь в газовую фазу, разбавляет газ, снижая тем самым парциальное
давление аммиака. Присутствие диоксида углерода в жидкости сшокает
равновесное давление аммиака над жидкостью
из-за образования
углекислых солей аммопия и этим затрудняет отгонку аммиака. По этой же
причине затрудняется и отгонка диоксида углерода в присутствии в растворе
аммиака Таким образом скорость и полнота отгонки аммиака из
дистиллерной жидкости зависят от температуры, давления аммиака и состава
жидкости.
Связанный аммиак из NH4CI нельзя выделить простым нагреванием
фильтровой жидкости.
Для выделения аммиака из хлорида аммония
необходимо действие более сильной щелочи, чем гидроксид аммония. Для
этой цели используют гидроксил кальция:
2 NH.Cl + Са(ОН)г = СаС12 + 2 NHj + 2 Н20 + 24,4 кДж
166
( г!»
Скорость этой реакции зависит от сгепепи дисперсности известкового
молока, тик как определяется скоростью его растворения. Высокая степень
дисперсности известкового молока имеет особенно большое значение к
концу реакции разложения хлорида аммопия, когда концентрация хлорида
аммония и избыток известкового молока малы, а концентрация хлорида
кальция, затрудняющего растворение известкового молока, велика
Выделяю щ ийся при этом аммиак отгоняется путём дистилляции - нагревом
жидкости до 95 - 1 15° острым паром.
Перед подачей известкового молока необходимо тщательно разложить
углекислый аммоний и удалить из раствора СО,, так как иначе будет
протекать реакция:
(N H ^C O j + Са(ОН)г = СаСО, + 2NH, + 2Н20 - 8 кДж
(65)
Это приведёт к перерасходу известкового молока и к потере COj.
В фильтровой жидкости в небольшом количестве присутствует сульфат
натрия Na2S 0 4, который образуется при очистке сырого рассола от
сульфатов магния и кальция. При высокой концентрации ионов кальция Са!*
, которая велика за счет присутствия в растворе хлорида кальция и так как
растворимость сульфата кальция ниже растворимости хлорида кальция,
произойдёт реакция:
Na2S 04 + СаС12 = CaS04 + 2NaCl - 3,3 кхал
(66)
Сульфат кальция - гипс как практически нерастворимый будет выпадать
в осадок. Кристаллизация гипса нежелательна, так как гипс отлагается на
внутреппих поверхностях аппаратов и трубопроводов в виде плотной корки.
Это приводит к уменьшению свободного сечения аппаратов н
трубопроводов, и , следовательно, к росту их гидравлических сопротивлений.
Из-за этого дистилляцнонную колонн)1
необходимо периодически
останавливать для весьма трудоёмкого процесса удаления инкрустаций. Для
этого требуется резервная ап-паратура.
В зависимости от температуры сульфат кальция кристаллизуется в
различном соотношении с водой: в виде безводной соли CaS04, полуволной CaSO; 0,5Н2О и двуводного гидрата CaS04 2Н20. На графике (рис. 53)
представлена растворимость гипса в воде.
При температуре ниже 97°С гипс кристаллизуется в виде CaS042H20, а
выше 97°С в виде CaSO40,5H2O. В присутствии хлоридов натрия и кальция
температура перехода спижается до 93-95°С. Если температура в дистиллере
выше 93-95°С, то режим работы дистиллера называется горячим, а если
ниже - то холодным. Наиболее опасна переходная температура.
Выпадающий при температуре ниже критической (9j uC) двуводный гипс
ПРИ повышении температуры выше критической переходит в полуводны
Растворимость которого при увеличении температуры снижается.
''тот процесс перекристаллизации способствует отложению
^
соли на внутренних поверхностях аппаратов. Новые кристалл
167
зародыши легче образуются на твердой поверхности, чем в обьеи.
Поэтому гипс откладывается на поверхностях аппаратов
Рас? ° Р аинтенсивно в процессе образования новых кристаллов или пои п °
НН0
одной модификации кристаллов в другую,
‘«реходе из
Растворимость полугидрата гипса с ростом температуры папя„
происходит его интенсивное выделение в твёрдую фазу. Если вести п
"
в горячем режиме, то переход двуводного гипса в полу гидрат и с к л ю ^ Т
если - в холодном, то сразу кристаллизуется полугидрэт и процесс
дегидратации двуводного гипса исключается.
'О
QD
аз
8аз-
2,8
ч
2,4
.V
\
Iсо 2,0
CL
QD
_
\
1.8
У
\ 3
_____ \
у
\
О
со
0
03
ч
0,8
'- 2
0,4
1
1
аз
о
\
■ X
1,2
О
X
ч
—
-ч
-
О
20
40
60
80 100 120 140
Т ем п ер ат ур а в°С
Рис. 53. Растворимость гипса в воде.
1- для CaSO« 2НзО; 2- для CaSO, , 3- для CaSO. Н20
Таким образом обеспечить достаточно длительную работу аппаратов
дистилляции без чистки можно, смешивая фильтровую жидкость с
известковым молоком и отгоняя аммиак в дистиллере при температуре или
выше или ниже 93“С.
При температуре выше 93°С все аппараты
дистилляциокной колонны работают под давлением в горячем режиме. При
работе с температурой ниже 93°С вся аппаратура работает под разрежением в
холодном режиме.
Показатели при работе дистиллера в холодном режиме приведены в
таблице 37.
Таблица 37. Показатели работы дистилляции в холодном режиме
ч1/
При температуре выше 9 3 Т после смешения фильтровой жидкости с
известковым молоком вы смесителе кристаллизуется полугидрат сулыЬагв
кальция, который без изменения проходит через дистялляциопну»
загрязняя ее в незначительной степени.
'•
Таблица 38. Показатели работы дистилляции в горячем режиме
Показатели
Температура жидкости, “L
Место замера
верх
НПЗ
верх
НПЗ
Температура газа. ®С
2
i
тдс
дс
74-80
95-97
95-98
87-90
95-97
П0-П5
95-98
П0-П5
850
Н.б. I290
верх
Давление абсолютное
мм рт.ст.
<в
КДС
38-32
74-80
87-90
68-75
НПЗ
790
440
400
360
Б
<г>
320
1
280
%
•л
240
i
200
1
160
300
400
500
600
700
OUU
»wv/
ЮОО
1100
1200
Д а в л е н и е в в е р х у . 1С в мм рм. ст. (о б е )
600
700
800
900
Д а в л е н и е в н и з у J С в м м рм. ст . (в б с )
Рис. 54. Зависимость производительности элемента дистилляции
от давления
-ли же температура в смесителе и в дистилляционпой колон е
то образующиеся в смесителе кристаллы двуводного 'У
(ия также без изменешш проходят через дистялляционную
Из графика видно, что производительность дистиллерного элемент*
растет практически прямо пропорционально росту давления Повышен
производительности с ростом давления объясняется не только влияний
повышения температуры, но и тем, что при одной и той же объемной
скорости газа в дистиллере массовое количество его при повьппешюм
давлении будет больше, чем при работе под вакуумом. А это приведет к
увеличению количества перерабатываемой фильтровой жидкости.
Предельная производительность аппаратов дистилляции определяется
максимально допустимой скоростью парогазовой смеси в свободном сечении
аппарата. Дальнейшее повышение этой скорости приводит к резкому
увеличению гидравлического сопротивления и брызгоупоса, уменьшению
относительной поверхности массообмсна, а, следовательно, и к ухудшению
степени отгонки диоксида углерода и аммиака. При высоких скоростях
парогазовой смеси возможно даже «подвисанис» жидкости в аппарате.
Допустимая скорость паро-газовой смеси в дистиллере составляет 1,5 м/сек в
расчёте на свободное сечение.
При повышении давления объём парогазовой смеси уменьшается и тогда
при тех же скоростях через аппарат можно пропустить большее количество
пара, то есть увеличить производительность аппарата. Повышение
температуры приводит к интенсификации протекающих в дистиллере
процессов, что также ведёт к повышению производительности дистиллера.
При работе под давлением увеличивается полнота отгонки диоксида
углерода в ТДС и, следовательно, уменьшаются расход известкового молока
и потери диоксида углерода, а также расход пара на отгонку аммиака.
Однако потери аммиака с дистиллерной жидкостью несколько возрастают
из-за увеличения его растворимости. С повышением давления и температуры
жидкости после дистиллера растёт количество пара, получаемого в
испарителях.
В целом, как показала практика работы содовых заводов, проведение
процесса дистилляции аммиака из фильтровой жидкости под давлением
предпочтительнее, чем под вакуумом.
Сульфат и карбонат кальция склонны к образованию пересыщенных раст­
воров. При снятии пересыщения опи кристаллизуются с образованием
твердых отложений. При хорошем перемешивании известкового молока с
жидкостью образуется большое число центров кристаллизации и степень
пересыщения снижается.
Г
Аппаратура дистилляцш
170
О с н о в н ы м аппаратом отделения дистилляции является дистилляциониая
колонна, основным назначением, которой является отгонка из фильтровой
жидкости аммиака. Дистиллер - чугунный или стальной аппарат
барботажпого типа. Образование гипсовых отложений на внутренних
поверхностях
аппарата не позволяет использовать для зтой цели
скрубберные или многоколпачковые барботажные аппараты.
К существенным недостаткам барботажных дистидляционных колонн
относятся:
. сложность конструкции;
- большая металлоёмкость - масса большой инсталляционной
колонны достигает 400 та;
- затруднения при ремонте и чистке;
. большое гидравлическое сопротивление;
- малая удельная производительность;
значительные объёмы жидкости, задерживаемые барботажными тарелками,
что приводит к необходимости увеличивать массу колонны, исходя из
условий прочности, делать мощные фундаменты.
Большая дистилляция:
Большая дистилляциониая колонна скомпонована из дистиллера (ДС),
теплообменника дистилляции (ТДС) и конденсатора дистилляции (КДС).
Диаметр колонны 3 м, общая высота 45,7 м. Корпус чугунный - собран из
отдельных бочек-царг.
ДС- предназначен для отгонки из жидкости аммиака. Это барботажный
аппарат с одноколпачковыми тарелками диаметром 3 м и высотой 17,8 м.
Две верхние бочки служат для сепарации. В дистиллере могут отлагаться
гипс и карбонатные осадки. Всего в дистиллере 14 бочек. ДС- выполнен из
чугуна или стали.
КДС - трубчатый теплообменник состоит из 8 чугунных бочек
прямоугольной формы с диаметром в цилиндрической часта 3 м. Снизу
имеется переходная бочка, соединяющая его с ТДС. Эта бочка-база имеет
штуцер для отвода конденсата, образующегося при охлаждении газа. В
каждой бочке 184 тепло-обменные трубки диаметром 70/90 мм и длиной
3350 мм. Поверхность теплообмена 1160 м \ Чугун - щелочестойкий марки
СЧШ-2.
КХДС - вертикальный пластинчатый аппарат прямоугольного сечения,
состоящий из конденсационной н холодильной частей.
ТДС- предназначен для разложения УАС и бикарбоната натрия и отгонки
COj. Имеется непосредственный контакт жидкости с паром. В жидкости нет
Гордых примесей и поэтому применяются как барботажные, так и
Иасадочные аппараты.
Па рис. 55 представлено устройство колонны дистилляции (дистиллера).
171
1 - 1царга - база. 2 - перераспределительный колокол, 3■ днище т арелки, 4 - перелив,
£ ■пла н ка прелиеноео порога, £ - се па рационная царга, 8 - горловина, 0 - барбошшжмал
царга, 10 * штуцер вывода диетиллерной жидкости.
Рис. 55. Дистиллер.
1 -ц в р гз-б аза; 2 - п ар о р ас п р е д е л и т ел ь н ы й колок ол ; 3 - к л и ш е тар ел к е; 4- переЛ и в ; 5- п л а л к а п ер ел и в н о го п о р о га; 6 - сс п а р ац ш и ш ая царга; 7- б ры згоотбой н ы й к о л п а к ; 8 - го р л о в и н а ; 9 - б арб отаж п ак ц арга; 10- п п у ц е р вы вод а дисти л л е р п о й ж и д к о ст и .
В барботажном аппарате 11 тарелок с 17 колпачками каждая. В
насадочном - 12 бочек. Насадка комбинированная- хордовая (деревянная) и
керамическая (кольца Рашига). Высота насадки 9 м, а всего аппарата - 17,9 м.
На рис. 56 представлена одноколпачковая тарелка барботажного дистил­
лера.
172
КХДСЖ представляет собой вертикальный аппарат прямоугольного
сечения высотой 6,9 м. Он состоит из трех отдельных корпусов. В каждом
„орпусе установлено по две секции, в которых имеется по 35 пар
теплопередающих пластин.
В настоящее время в качестве конденсаторов и холодильников газа
дистилляции слабых жидкостей устанавливают пленочпые аппараты по
конструкции аналогичные применяемым дисгалляционным колоннам.
На рис. 56 представлена одноколпачковая тарелка барботажного дисгиллсраКХДСЖ представляет собой вертикальный аппарат прямоугольного
сечения высотой 6,9 м. Он состоит из трех отдельных корпусов. В каждом
корпусе установлено по две секции, в которых имеется по 35 пар
теплопередающих пластин.
В настоящее время в качестве конденсаторов и холодильников газа
дистилляции слабых жидкостей устанавливают пленочные аппараты по
конструкции аналогичные применяемым дисгалляционным колотом.
В таблице 39 приводятся основные характеристики промышленных
аппзра-тов отделения дистилляции.
Таблица 39. Характеристика аппаратов дистилляции
Параметр
Производитель­
ность, т соды/сут.
Диаметр, м
Высота, м
Поверхность теп­
лопередачи, м2
Коэффициент
теплопередачи
вт/мг К
Масса, т
Опюскгсльпая сто­
имость, %
тдс
Дистиллер
протнкол­
воточпач­
иый
ковый
кол­
пач­
ковый
гтротпвоточный
900
3,0
21,7
600
3.2
17,5
900
3.2
600
16.6
600
3,0
17,1
КДСнХГДС
пле­
пла­
труб­
ноч­
стин­
ча­
ный
чатый
тый
-
900
-
900
2.2
-
2090
1570
1100
-
-
-
-
-
300
500
700
113
94
122
67
254
75
25
100
98
100
80
100
90
70
173
Рис. 56. Одноколпачковая тарелка барботажного дистиллера и схема её
работы
1- окно для выхода жидкости на тарелку, 2- перелив; 3- окно для слива
жидкости в перелив; 4- колокол; 5- горловина тарелки; 6- пробка для
опорожнения тарелки; 7- люк. 8- лапы для крепления колокола
Применение новых аппаратов - дссорбционных колонн, оснащенных
противоточными
и перекрёстпо-точными дырчатыми контактными
элементами, а также пластинчатыми и пленочными теплообменными
элементами, по сравнению с традиционно применяемыми насадочными,
колпачковыми и ситчатыми аппаратами с горизонтально-трубчатыми
конденсаторами даёт следующие преимущества:
- увеличение в 1,3 - 1,7 раза производительности аппаратов без
изменения или уменьшения их габаритов при снижении удельных
затрат энсргорссурсов на реализацию процесса десорбции;
- увеличение в 2 - 3 раза пробега аппаратов между чистками;
174
.
применение простых по конструкции контактных устройств, позво­
ляющих осуществлять их монтаж и демонтаж без разборки
колонн;
. спижение гидравлического сопротивления колонн;
. сокращение трудозатрат на чистку аппаратов за счёт
использования контактных элементов более простой конструкции.
Теплообменник дистилляции (ТДС) служит для разложения карбонатов
аммония и удаления диоксида углерода, выделяющегося из фильтровой
жидкости. Это достигается путем нагревания фильтровой жидкости при
непосредственном контакте с горячей парогазовой смесью, поступающей из
дистиллера.
Основным
показателем
нормальной работы теплообменника
дистилляции служит содержание диоксида углерода в выходящей жидкости,
а показателем полноты отгонки диоксида углерода и нормального расхода
пара является прямой титр жидкости ТДС. Недостаточная отгонка аммиака
из жидкости ТДС указывает на плохую отгонку СО; из-за недостатка пара.
Если же прямой титр жидкости ТДС ниже нормы, то это свидетельствует не
только о хорошей отгонке СОг, по и об излишнем расходе пара, подаваемого
в дистиллер (ДС). Показателем нормальной работы ТДС служит также
температура уходящей жидкости.
В таблице 40 приводятся конструкционные параметры промышленных
ап-паратов отделения дистилляции.
Таблица 40. Конструкционные параметры дисталляцнонных колонн
Параметры
Диаметр колонны
Тип перекрёстно-точной тарелки
Размер­
ность
м
ТДС
ДС
ДСЖ
3,2
3,0
1.5
многокол­
пачковая
одно­
колпачко­
сишатая
вая
Эффективная площадь тарелки (по­
верхность зеркала барботажа)
Свободное сеченне тарелки на входе
_газа в жидкость
Число колпачков
Площадь поперечного сечения горловпп
.Шаг отверстий
1сомстричсская глубина барботажа
переливного порога
поперечного сечсттпя
■ w o тарелок
Щбпая высота аппарата
м2
М2/»!2
6.%
0,39
4.52
0347
1.52
0,227
шт.
17
1
-
м2
см
1,28
1,13
_
-
1.2
см
vr
шт.
м
175
.
1.5
11.5
123
0,54
1.1
10
17,5
0-10
25-35
1252
0.754
1.12
11
17.1
.
2
0.835
0,0764
0.75
8
8.5
Присутствие аммиака в ТДС оказывает влияние на темпеоткпт. »
по высоте аппарата. В нижней части ТДС по мерс движения вниз по РСЖИМ
идет вьщуванне из жидкости аммиака. Это препятствует
аПпарату
повышению температуры жидкости в нижней части ТДС В в е ^ т 0” *
происходит поглощение аммиака из газа и интенсивное повТпп^е
температуры жидкости, тто препятствует полезному снижению темпе!™
парогазовой смеси на выходе из ТДС.
'«пературы
В качестве теплообменников дистилляции (ТДС) применяются
барботажные, насадочныс и комбинированные
колонные аппараты
Наиболее распространены барботажные аппараты.
В насадочных ТДС применяется хордовая деревянная насадка,
расположенная в несколько ярусов на колосниковых решётках. Достоинства
насадочных
ТДС:
простота
конструкции,
малое гидравлическое
сопротивление. Недостатки: неравномерность распределения жидкости по
насадке; возможность расслоения потоков жидкости и горячей парогазовой
смеси; большой брызгоунос; большая высота аппарата, требующаяся для
обеспечения необходимой степени отгонки; чувствительность к наличию
твёрдой фазы в жидкости.
В насадочных ТДС применяется хордовая деревянная насадка,
расположенная в несколько ярусов на колосниковых решётках. Достоинства
насадочных
ТДС:
простота
конструкции,
малое гидравлическое
сопротивление. Недостатки: неравномерность распределения жидкости по
насадке; возможность расслоения потоков жидкости и горячей парогазовой
смеси; большой брызгоунос; большая высота аппарата, требующаяся для
обеспечения необходимой степени отгонки; чувствительность к наличию
твёрдой фазы в жидкости.
На рис. 57 показано устройство барботажного теплообменника
дистилляции (ТДС).
Основным показателем работы конденсатора дистилляции (КДС)
является температура газа на выходе из аппарата. Чем меньше температура
газа на вы-ходе из КДС, тем меньше тепла теряется с уходящей парогазовой
смесью. Поэтому она должна быть минимально возможной при условии
достаточно полной отгонки аммиака и диоксида углерода из фильтровой
жидкости. Практически эта температура должна соответствовать 68-75 С
при давлении 101 кПа (760 мм тр. ст.). Дальнейшее повышение температуры
свидетельствует о перерасходе пара или о недогрузке дистиллера по
жидкости. Это ведёт к дополнительной нагрузке на холодильник газа
дистилляции (ХГДС). Понижение температуры будет свидетельствовать о
потерях аммиака и диоксида углерода с жидкостью.
176
Основным источником тепла
Для
нагревания
фильтровой
жидкости
является
конденсирующийся водяной пар.
Образующийся при этом конденсат
будет частично абсорбировать
аммиак и диоксид углерода.
Количество
абсорбированных
аммиака н диоксида углерода в
конденсате будет зависеть от его
температуры (рис. 58).
теплообменник дистилляции. 1- зонт,
2- горловина для выхода парогазовой
сыссп; 3- насадка; 4- трубчатый перелив;
5- колпачок горловины; 6- барботажиая
Тарелка; 7- бочка теплообменника; 8распрсделигель; 9- указательуровпг, 10пгтуцер для выхода жидкости
Температура атвенсации ,*С
Рис. 58. Зависимость содержания
аммиака и диоксида углерода
в конденсате от температуры
Конденсатор дистилляции (КДС) служит для охлаждения и 0 СУ“ *
парогазовой смеси, поступающей из теплообменника диепшляц
,
теплообмена с фильтровой жидкостью, которая нагревается в тру
конденсатора. При непосредственном контакте фпльтрово
парогазовой смеси нельзя охладить газ до требуемой температу р ,'
растворение аммиака и диоксида углерода в посгупающе Ф
холодной жидкости сопровождается вьщелением большого кол
та счбт теплоты абсорбции и теплоты химических реакций.
лгп гт
Na рис. 59 показано устройство конденсатора дистилляи
177
При нагревании фщ,,
жидкости начинает п ^ ° 80й
«Держащийся . * 8 6 * 5 2
аммония
с
выделений,
газовую
"ем »
Углерода. Содержание ^
С 0 2 в зависимости от конечной
температуры
ж идкой
уменьшается при практичен
неизменном значении прямого
титра в жидкой фазе Газ
выделяющийся из фильтровой
жидкости в трубках КДС
содержит практически только
диоксид углерода и водяные
пары. Этот газ удаляется из
трубок
конденсатора
и
присоединяется к основному
потоку газа, выходящему из
межтрубного пространства КДС.
Кожухотрубные
теплообменники, применяемые
в качестве конденсаторов и
холодильников
газа
дистилляции,
имеют
ряд
недостатков, обусловленных их
конструкцией.
Они
металлоёмки, например, масса
КДС - около 200 тн.
Холодильные
трубки
Рис. 59. Конденсатор дистилляции.
снаружи и изнутри быстро
1- штуцер для отвода конденсата; 2зарастают продуктами коррозии,
дополнитсльный ввод газа; 3- штуцер для
выхода жидкости; 4- псрсточпыс пггуцеры для бикарбонатом натрия и накипью,
жидкости; 5- переточиая камера; 6- штуцер для в связи с чем коэффициенты
установки предохранительного клапана; 7- теплопередачи в этих аппаратах
штуцер для выхода парогазовой смссп; 8,10- очень малы. Для осмотра и
штуцеры для отвода газов, выделяющихся из чистки
межтрубного
фильтровой жидкости; 9- трубная решетка;
пространства необходима полная
11,12- перегородки, 13- горловина для входа
разборка аппарата.
Замена
газа
пришедших
в
негодность
теплообменных
трубок
затруднительна, поэтому при появлении течей их просто отглушают.
178
Реактор-смеситель
типовой
дистилляциоиной
колонны (рис.
60)
представ-идет
собой
цилиндрический
стальной
резервуар,
снабженный
рамной
мешалкой с частотой
вращения 13,9 об/мин.
Верхняя незаполненная
жидкостью
часть
реактора-смесителя
служит
сепаратором
брызг, поступающих с
парогазовым потоком из
дистиллера.
Трубопроводы
для
подачи суспензии из
смесителя в ДС должны
иметь
минимальное
число
изгибов.
Желательно
также,
чтобы
они
имели
наклон в сторону
Рис. 60.
Р еактор-см еситель. 1- штуцер для входа
что
говссткового молока; 2 - рамная мешалка; 3,4- штуцеры для дистиллера,
газа; 5- привод мешалки; 6- штуцер для входа фильтровой позволяет сократить
частоту
чисток
жидкости; 7- пгтуцср для выхода суспензии
трубопроводов от отлож ен ий.
Технологическая схема типового отделения дистилляции
Общее количество аммиака, циркулирующего в производстве, составляет
,
^примерно 530 кг/т соды. Из них около 450 кг регенерируется из фильтров
жидкости (большая дистилляция).
Технологическая схема типового отделения дистилляции пред
рис. 61. Фильтровая жидкость из напорного бака 4 поступает в тру *
хотрубчатого теплообмешшка 3 - конденсатора дистилляции и в
нбм сверху вниз. В межтрубном пространстве КДС п р о т и в а т о к о
_
ста движется парогазовая смесь, выходящая из теплообме
ЦИИ.
179
Рис. 61 • Технологическая схема отделения дистилляции.
1 - д и сти л л е р (Д С , ко л о н н а ди сти л л яц и и ); 2- те п л о о б м е н н и к д и с т и л л я т а !
( Т Д С ) ; 3 - в н е ш н и й п ер е л и в ж и д к о ст и ; 4 - к о н д е н са то р д и с ти л л я ц и я (Қ Д С );
5 ,8 - щ е л е в о й р а с х о д о м е р ; , 6 - н а п о р н ы й б а к ф и л ь т р а т а ; 7 - м е ш а л к а и з в е с т к о ­
в о г о м о л о к а ; 9 - с м е с и т е л ь ;, 10- п е р в ы й и с п а р и т е л ь ; 11- в т о р о й и сп а р и т е л ь;
1 2 - п с с к о у л о в 1г г е л ь
180
'“ л ™
m в ■ Г * » " ' ~ ™ > i'» -™ ,» » .,.
,“
Т ™
конденсат и д * на малую дистилляцию.
2 из газаГаз из К Д С направляют в холодильник газа дистилляции (ХГДС) - в от
деление абсорбшш. Фильтрат из КДС через внешний перелив п о сту п и .
теплообменник 2 (ТДС) и движется сверху вниз, нагреваясь в пр”
„
такте с парогазовой смесью из дистиллера 1 (ДС,. При этом угле^ м "
соли (УАС) практически полностью разлагаются.
В ТДС такж е закапчивается разложение небольших количеств бихаобоната и карбоната натрия при взаимодействии их с хлоридом аммония
Основное н азнач ение ТДС разложение УАС и удаление СОг из жидкости
П осле удален ия С 0 2 ж идкость смешивается в смесителе 9 с известковым
молоком, поступаю щ и м из м еш алки 7. В результате взаимодействия извест­
кового м олока с хлоридом ам мония образуются хлорид кальция и выделяет­
ся аммиак. О ставш ееся в ж идкости небольшое количество углекислого ам­
мония такж е р еаги р у ет с гидроокисью кальция, что приводит к перерасходу
известкового м олока и потере СО; . Ж идкость из смесителя 9 поступает в ДС
для отгонки ам м иака. П арогазовая смесь из ДС поступает в ТДС, пройдя че­
рез верх-нюю часть см есителя для улавливания брызг жидкости.
Для использования тепла горячую жидкость из ДС направляют в первый
испаритель 10 , где за счет снижения давления до атмосферного выделяется
пар. так как происходит самоиспарение. Этот пар используется в малой ди­
стилляции.
При горячем режиме, когда температура в смесителе выше 93°С, а на
выходе из ДС температура жидкости -1154), для более полного использова­
ния тепла жидкости ее направляют из первого испарителя 7 во второй испа­
ритель 11. Здесь испарение идет под вакуумом, создаваемым тсрмокомпрсссором. Этот пар также используется в малой дистилляции. Жидкость из ис­
парителя 11 идет в пескоуловитель 12 для выделения крупных частиц гипса и
карбоната кальция, отделившихся со стенок дистиллера, а затем откачивается
в шламопакопитель.
Вследствие низкой температуры жидкости, уходящей из дистиллера, второй
испаритель при холодном режиме не устанавливают.
Дист илляция слабых жидкостей (.чалая дистилляция)
Регенерация аммиака из конденсатов и слабой жидкости, которая
образуется при охлаждении и очистке от пыли газов содовых печей,
проводится отдельно от регенерации аммиака из фильтровой жидкости. Это
позволяет снизить нагрузху на ТДС на 10% и снижает количество отбросной
*идкости из дистиллера, а следовательно и расход пара, потери аммиака и
известкового молока с этой жидкостью.
181
1
h § ° fla .
Вода
a
, В ода-
Рис. 62. Технологическая схема малой дистилляции.
1- первый дистиллер слабых жидкостей (ДСЖ-1); 2 - холодильник газа
дистилляции слабых жидкостей (ХГДСЖ); 3- конденсатор дистишшош
слабой жидкости (КДСЖ); 4- распределительный бачок; 5- второй дис­
тиллер СЖ (ДСЖ-2); 6- сборник аммиачных конденсатов; 7- термокомп­
рессор; 8- холодильник СЖ(ХСЖ).
Слабая жидкость содержит карбонат и гидрокарбонат натрия, а в кон­
денсате содержатся, кроме этого, хлориды аммония и натрия. Обычно эти две
жидкости перерабатывают раздельно. Отдельная переработка слабой жидко­
сти после отгонки из неё COj и аммиака даёт возможность получить из неё
раствор соды, используемый для промывки на вакуум-фильтре осадка бикар­
боната натрия, что снижает потери его на фильтрах.
На рис. 62 показана схема узла дистилляции слабых жидкостей, именуе­
мая как малая дистилляция.
Горячая флегма из КДС после отгонки из нес СО- и аммиака может
быть отправлена для гашения извести. Слабая жидкость из ХГСП поступает
через мерник в 1-й дистиллер слабой жидкости (ДСЖ-1), в нижшою часть
которого подают острый пар из испарителей ИС-1 и ИС-2. Пар из ИС-2 более
182
ГО давлепия подается термокомпрессором 7. Пар нагревает жидкость в
ПСЖ-1 и отгоняет из нее аммиак и СО; в газовую фазу.
П арогазовая смесь поступает в холодильник газа (ХГДСЖ) 2 и после
охлаждения идет в отделение абсорбции в АБ-1. Флегма из ХГДСЖ стекает
вДСЖ-Ь
Раствор, содержащий соду после отгонки СО, иамниака посгупает из
ПСЖ-1 в трубчатый холодильник слабой жидкости (ХСЖ) 3 и далее в отде­
ление содовых печей на промывку гидрокарбоната.
Аналогично перерабатываются и аммиачные конденсаты во 2-ом дистил­
лере слабых жидкостей (ДСЖ-2) 5, куда они поступают из сборника амми­
ачных конденсатов 6 через мерник. Для регенерации используют пар из ис­
парителей ИС-1 и ИС-2. Парогазовая смесь из ДСЖ-2 поступает в ХГДСЖ2 и вместе с газом из ДСЖ-1 идёт в отделение абсорбции.
Так как в аммиачных конденсатах содержится небольшое количество
хлорида аммония, то в схеме предусмотрена возможность добавления к ним
необходимого количества слабой жидкости из ХГСП, содержащей карбопат
и бикарбонат натрия. Эти соли разлагают хлористый аммоний с образовани­
ем аммиака.
Технологическая схема отделения дистилляции на КСЗ
На рис.
Фильтровой
28
.
представлена
технологическая схема дистилляции
С Ж йЖ осП Г паК С З.
Общее количество аммиака, циркулирующего в производстве, как уже
указывалось ранее, составляет около 530 кг/т соды. Из них примерно 450 кг
регенерируется из фильтровой жидкости в большой дистилляции.
Маточный раствор после фильтрации суспензии бикарбоната на вакуумфильтрах поз. Ь0301а,в поступает в трубное пространство охладителя газа
дистилляции поз. С0401а. В межтрубном пространстве охладителя охла­
ждается газ дистилляции, тем самым происходит теплообмен между маточ­
ным раствором (фильтровой жидкостью) и газом дистилляции. Подогретьгй в
охладителе поз. С0401а до 75°С маточный раствор проходит через сепара­
тор маточного раствора поз. F0406 и подаётся в верхнюю секцию - подогре­
ватель дистиллятора маточного раствора поз. Е0401а,в.
В верхней части дистиллятора, выполняющей роль подогревателя, ма­
точный раствор нагревается потоком горячих паров. При этом происходит
разложение углеаммоггийньгх солей и кальцшшруется бикарбонат натрия, так
как происходит «мокрая» кальцинация. При нагреве раствора, входящего в
Дистиллятор маточного раствора, до температуры 65 - 75вС начинается раз
Дожение карбонатов. По мере повышения температуры с 80 до 90°С скорость
Разложения карбонатов значительно увеличивается. При подогреве маточ
Иого раствора свыше 90”С практически весь диоксид углерода десор ирует
183
Далее нагретый раствор самотёком стекает в ёмкость извее™
L 04 0 1а,в - танк для предварительной подготовки извести Это °ва11Ня пм.
шалкой, где маточный раствор смешивается с известковым
лающим из известкового отделения. Ёмкость известкования поз
ставляет собой вертикальный аппарат с мешалкой, выполненный и ПР' Д‘
диетой стали. Перед подачей маточного раствора в ёмкость для
УГ'Кр°ния важно, чтобы содержание диоксида углерода в маточном р а с т в о р 0*’'
ветствовало допустимому диапазону. Остатки диоксида углерода в маточ
растворе приводят к перерасходу известкового молока, превращая активТо
оксид кальция СаО в карбонат кальция СаС03, что приводит к потерям ю*
известкового молока, так и диоксида углерода.
При смешепии известкового молока с подогретым маточным раствором
происходит выделение свободного аммиака в результате реакции замещения
между хлористым аммонием и гидроксидом кальция известкового молока с
содержанием общего СаО 170 н.д.
Образовавшаяся газовая фаза из ёмкости известкования поз. Ц)401а/в
направляется обратно в верхнюю секцию дистиллятора поз. Е0401а/в. Проре­
агировавшая
жидкость из верхней части ёмкости известковапия поз.
Е0401а,в переливается самотёком в верхнюю секцию дистиллятора поз
Е0401а/в.
Жидкость с песком, выходящая со дна ёмкости поз. Ш401а/в, направ­
ляется в верхнюю секцию дистилляции дистиллятора поз. Е0401а/в Жид­
кость в дистилляторе стекает сверху вниз в секции дистилляции и соприкаса­
ется с паром низкого давления 0,ЗМПа с температурой 133°С, подаваемым
в нижнюю часть дистилляционной колонны. При этом происходит оконча­
тельна отгонка аммиака.
Горячая жидкость из дистиллятора после отгонки аммиака поступает в
испаритель поз. Ғ0402а/в. Из испарителя отработанная дистиллерная жид­
кость через газоудаляющнй аппарат - танк для сброса газа из отработанной
жидкости поз. Ғ0403 направляется в отстойник поз. Ғ0404 и оттуда насоса­
ми откачивается в шламонакопитсль.
Шламонакопитель рассчитал на приём жидких и твёрдых промышленных
отходов в течение 10 лет эксплуатации завода в объёме до 10671190 м , в
том числе:
- дистилперной жидкости в объёме 924800 м3/год;
- отработанной воды после промыватсля печного газа известкового
отделения в объеме 16000 м3/год;
сточных вод от регенерации Na-катионитовых фильтров СППиТВ в объёме
120000 м3/год и упаренного раствора от дистилляционно-опрсснитсльно
установки (ДОУ).
Газ, вышедший сверху дистиллятора поз Е0401, поступает в труоное
пространство холодильника газа дистилляции поз. С0401а, и после частич­
ной конденсации паров за счет холодного маточного раствора, текущ его в
трубах холодильпика, поступает в трубное пространство холодильника поз.
С0401в где охлаждается оборотной водой. Далее газ поступает на а сор
184
^ Я отделение аммонизации рассола в абсорбер поз Fnai 1 „„
™
[^очяш снного рассола.
^
П°3' Ш И д л я ^ онша‘
Холодильник поз. С0401 в состоит из двух частей. Его верхняя часть
представляет сооой вертикальный кожухотрубпый теплообменник, а нижняя
часть - емкость, куда сливается конденсат от обоих холодильников и сюда
же подаётся конденсат из отделения кальцинации. Далее конденсат пасосом
слабого аммонизированного рассола поз. J0401 подастся в дистиллятор сла­
бого аммонизированного рассола поз. Е0402.
Дистиллятор поз. Е0401а,в - это колонна с диаметром 2,8 м в самой ши­
шкой части и высотой 33„926 м. Верхняя часть дистиллятора служит для
подогрева поступающей на дистилляцию фильтровой жидкости. В верхней
част коли ты имеются пакеты с насадкой 76x76x2,6 мм для улавливания
капель жидкости. Под насадкой имеется одноколпачковая тарелка из титана.
Эта тарелка предохраняет насадку от попадания на неё капель суспензии, ко­
торые могут лететь с парогазовой смесью. Попадание капель суспензии на
насадку может привести к её забивке.
Нижняя часть колонны —дистиллятор, состоящий из 11 одноколпачковых
тарелок. Для интенсивной работы дистиллятора необходимо иметь на тарел­
ках возможно большую поверхность соприкосновения жидкости с газом.
Раствор нагревается тем быстрее, чем больше поверхность соприкосновения
парогазовой смсси и жидкости. Парогазовая смесь, поднимающаяся снизу
колонны, выходя из-под края колпачка, барботирует сквозь слой жидкости и,
благодаря большой скорости, образует слой пены и брызг. При этом созда­
ётся большая поверхность взаимодействия парогазовой смеси с жидкостью и
обеспечивается интенсивная работа аппарата.
Дистиллятор поз. Е0402 служит для отгонки аммиака из слабого аммони­
зированного рассола паром с давлением 0,2МПа и температурой 133°С, пода­
ваемым в нижнюю часть дистиллятора.
Дистиллятор слабого аммонизированного рассола - это колонна высотой
24,69 м. В верхней части, являющейся собственно дистиллятором, диаметр
колонны 1,6 м, а в нижней части, которая служит ёмкостью дтя отработан­
ного раствора - 1,2 м. В верхней часта дистиллятора имеются 3 полки с
насадкой из керамических колец. На входе слабого аммонизированного рас­
твора в колонну расположено распределительное устройство для жидкости.
На выходе газообразного аммиака на верху колонны установлена сеткапсносниматель для отделения пены слабого раствора от газообразного амми­
ака.
Отработанный слабый аммонизированный раствор из нижней части
Дистиллятора поз. Е0402 после охлаждения в охладителе поз. С0402 при
помощи насосов поз. J0404a/e направляется на дальнейшее использование.
Часть отработанного аммонизированного раствора
используется в
Кальцинации в качестве промывной воды, а часть
в отделении
приготовления рассола для растворения соли.
185
Нормы технологического реж има дистилляции
Температурный режим газа на выходе из холодильника газа л
поз. С0401в, контролируется тепловым режимом дасталляционНойСТИШ1,Ции
Этот аппарат аналогичен конденсатору дистилляции (КДС1
|<олоаны.
технологических схемах дистилляции. Чем выше тсмпспа™ ™П08их
выходящего из холодильника газа дистилляции поз С0401 в тем
3 ГаМ’
будет содержать водяных паров, при
к о н д е н с а ц и и 'к о т о о ь Г к '°"
происходить разбавление рассола в отделении абсорбции и будет yxvam
собственно процесс абсорбции аммиака и диоксида углерода тад к "
повышением температуры растет их парциальное давление над раствором °
Высокая температура газа после охладителя газа дистилляции говорит о
перерасходе пара в дистиллере и о нарушении температурного режим»
процесса дистилляции.
Таблица 41. Нормы технологического режима отделения дистилляции
Поток реагента или аппарат
Температура.
“С
80-88
Давление,
кПа
10
Концентрация
96-98
*
COj lie менее 2.S ад
3.
Пред»зрительно нагретый маточ­
ный р ас п о р (фильтрояая жид­
кость) в дистиллере
Н н ш яя пасть дистиллятора
4.
Средняя часть дистиллятора
100
5.
Известковое молоко я ёмкость поз.
L0401
Гат дистилляции (амыонгоирояанный газ) после холодильника поз.
С0401
92
-
60-65
до 10
№
1.
Газ дистилляции (аммонизирован­
ный газ) па выходе го дистиллято-
Р32.
б.
пс метке
60
не ысвсс
35
агтняного СаО 150-160
ад.
Низкая температура газов дистилляции после охладителя газа
дистилляции говорит о недостатке пара подаваемого в дистиллер, что может
привести к плохой отгонке аммиака в дистиллере и диоксида углерода в
холодильнике газа дистилляции поз. С0401а (аналогичен аппарату ТДС в
типовых технологических схемах дистилляции), к увеличению потерь
аммиака, диоксида углерода и известкового молока. Достигнуть заданной
температуры газа после ходекдилыгика газа дистилляции можно путем
уменьшения нагрузки колонны по фильтровой жидкости, если температура
газа ниже нормы, или путём уменьшения подачи пара вниз дистиллера, если
температура газа превышает норму.
Важным показателем нормальной работы дистиллера является давле
в нижней части дистиллера. Это давление определяет температурный режим
работы дистилляционной колонны. При нормальной подаче пара в дистиллер
повышение давления внизу аппарата указывает на неполадки в ра
вакуум-насоса отсасывающего газ дистилляции в аппараты абсороци .
186
резкое повышение давления возможно из-за повышения ^
„рслках дистиллера, что указы вает на н е о б х о д и м о е !
* ^ 0CI* «а
для чистки.
пановки аппарата
А
Аммиак,
ммиак, содержащийся
содерж ащ ий ся в дистиллерной я™™
жидк
______ ,
теп ается
ак та*
ЖИДКОСТИ
дистиллера,
теряется, ттак
как дистиллерная жшкп^Г
ВЬКОДе «
щламонакопитель. При увеличешш содержания амм!!Г 0ТМ,Шваст а в
жидкости надо увеличить подачу известкового «о ‘ дисгаллеР"°А
известхования, если его подача недостаточна, или пои
8 Ыкосп
известкового молока увеличить подачу пара В таб Н°рмат,ной П0«че
регламентные нормы отделения дистилляции КСЗ
ЛИЧС 41 пРнеодатся
Ю .К о н тр о льн ы е в о п р о с ы
1.Какие факторы влияют на процесс дистилляции
2.Какое оборудование используется в процессе дистилляции
З.Основная задача стадии дистилляции.
4. Поясните принцип работы дистиллятора.
5.Что такое «холодный» и «горячий» режим
«.Какие типы дистилляторов используются в производстве сольГ)
7.Какис реакции протекают в процессе регенерации аммиака?
187
ГЛАВА XI. КО Н Ц ЕНТРИРОВАНИЕ ПЕЧНОГО Г л т .
У ГЛ ЕКИ СЛ О ТН А Я КОМ ПРЕССИЯ
И
Источниками диоксида углерода для карбонизации являют,
кальцинаторов, газы известково-обжигательных печей и хвост» * 14311 “
отделения абсорбции, состав которых приводится в таблице 42
** 14311 "
Таблица 42. Состав газов, содержащих диоксид углерода
Наименование газа
Газ из кальцинаторов
Хвостовой газ из отделе­
ния абсорбции
Печной газ из отделения
обжига
СО:
85.26
87,00
25,89
Содержали компоненте В. в % масс
НзО
_Ыг___
°3
.
8.40
1.18
4,45
7,88
1,05
3,96
7,52
3,70
62,89
NH.
0.71
0,12
-
Концентрирование печного газа
Из-за низкой концентрации диоксида углерода газ известковообжигательных печей до подачи в компрессию обрабатывается в установке
концентрирования для повышения концентрации С 0 2.
Очищенный газ известково-обжигательных печей с целью его обогаще­
ния по СО: обрабатывается в системе PSA. В этой системе имеются четыре
адсорбера, из которых одновременно два работают в режиме адсорбции, а
два - в режиме регенерации. Газ известково-обжигательных печей делится на
два потока. Один поток воздуходувкой сырьевого газа поз. C70I подается в
адсорберы поз Е701 a-d, а другая часть минует адсорберы и подаётся воз­
духодувкой поз. С0702 в буфер продукции поз. F702. Газ, прошедший через
адсорберы, имеет концентрацию по СО: - 60%. Этот газ после адсорберов
смешивается в буфере с газом прошедшим мимо адсорберов. В результате
получается продукционный газ с содержанием 40% С 0 2. Этот смешаппый
газ поступает на компрессию.
После компрессии газ распределяется следующим образом:
- газ известково-обжигательных печей используется как промывоч­
ный газ для промывки кололи карбонизации и как с р е д н е с т у п е н ч а ­
тый газ для колонн карбонизации;
- газ из кальцинаторов используется как более концентрированный в
качестве нижнеступенчатого газа для колони карбонизации.
Технологическая схема установки концентрирование печного газа
Технологическая схема установки концентрирования газов известково­
обжигательных печей PSA представлена на рис. 63.
188
Газ известково-обжзгательиых печей воздуходувкой сырьевого газа поз.
с 7 0 1 с давлением до 25 кПа подастся в нижнюю часть двух адсорберов нз
„стырех поз. Е701 a-d . Адсорбер - вертикальный цилиндрический аппарат со
сферическими дпищем и крышкой, диаметром - 4 м, высотой - 7,5 м.
Низким часть адсорбера заполнена адсорбентом, поглощающим воду
(алюмогель). Частицы адсорбента поглощающего влагу имеют диаметр 3-5
мм цилиндрическая часть аппарата заполнена адсорбентом поглощающим
СОз С размером частиц 2-Змм и высотой слоя 3,2 м (силикагель).
Непоглошснныс газы, такие как азот, аргон и кислород, выводятся из верхней
части адсорбера. По достижении предельного значения адсорбционной
емкости адсорбента два адсорбера переключается на регенерацию, а два
других начинают работать на адсорбцию..
Рис. 63. Технологическая схема установки концентрирования печного газа
С701-1/2 - воздуходувхп сырьевого газа; С702 - воздуходувка печного
газа. Р?01а,Ь - вакуум-насосы; E701f-d - адеорберье F702 —буфер про­
дукционного газа; F701 - промежуточный буфер
После окончания процесса адсорбции осуществляют снижение давления
переключением этих двух адсорберов на два адсорбера, в которых только
что закончилась регенерация. После сброса давления в адсорбере,
находящемся на регенерации проводят процесс разрежения с помощью
жидкостно-кольцевого вакуум-насоса поз. Р701а/в. Рабочей жидкостью в
вакуум-насосе является оборотная вода прямая. В комплект вакуум-насоса
входит сепаратор для предотвращения уноса воды с газом. При работе
вакуум-насоса вода в нём нагревается. Разрежение, создаваемое вакуумнасосом, зависит от температуры воды и поэтому воду охлаждают в
пластинчатом теплообменнике оборотной прямой водой.
После завершения процесса регенерации под вакуумом газ высокого
Давления, содержащий диоксид углерода, поступающий из адсор еров, в
которых завершён
процесс адсорбции, используется для повышения
Давления в колонне регенерации.
189
В адсорбере, прошедшем цикл адсорбциичии-регенерации,
давление до давления адсорбции медленно i
равномерно с от
газового потока.
Продукционный газ, полученный смешением
ботанного газа из печей в буфере продукции
компрессию.
Компрессия углекислотных газов
Технологическая схема отделения углекислотной компрессии
представго U1 ПИЛ С А
“
лена
на рис. 64.
Печной газ с температурой 40»С и давлением 0,01 МПа поступает в ком
позССК)702°МЬ1ВОЧНОГО
П03' J° 701 И компрессор «Рсднеступенчатого газа
Одноступенчатый компрессор диоксида углерода состоит из цилиндра,
винтов, клапанов входного и выходного газа. В цилиндре имеются два винта
специальной конструкции.
При вращении винтов происходит всасывание и сжатие газов в цилин­
дре. Давление газов в цилиндре увеличивается до того момента, когда оно
превысит требуемое давление и откроется выпускной клапан, из которого
сжатый газ выходит из компрессора. Процесс всасывания, компрессии и вы­
пуска газов в компрессоре производится одновременно.
Компрессоры приводятся
во вращение
одноступенчатыми
реактивными паровыми турбинами. Турбина состоит из насаженного на вал
рабочего колеса с лопатками и сопла, служащего для преобразования
давления пара в кинетическую энергию струи. Пар из сопла, расширяясь,
поступает с большой скоростью на лопатки рабочего колеса и приводит его
во вращение. Вал паровой турбины соединён с валом компрессора.
Температура газа на нагнетании компрессора 90°С.
При повышении
температуры до 95°С компрессор автоматически останавливается. Газы,
сжатые до давления 03763 МПа в компрессоре про-мывного газа и 0 3 1 МПа
в компрессоре среднеступенчатого газа, подаются в холодильники поз.
С0701 и поз. С0702, представляющие собой горизонтальные кожухотрубные
аппараты. Далее газы для удаления влаги проходят через сепараторы поз.
F0703 и F0704. После этого газы по коллекторам передаются
на
карбонизацию.
Газ из кальцинаторов с температурой 45°С подаётся в сепаратор поз.
F0702 для удапепия влаги. Хвостовые газы из отделения абсорбции и
дистилляции подаются в линию газа кальцинаторов на выходе из сепаратора
поз. F0702. Далее газы смешиваются с частью печного газа для стабилизации
давления и поступают в компрессор нижнеступенчатого газа поз. J0703. По
конструкции и принципу действия он аналогичен компрессорам поз. J0701 и
поз. J0702. После компримирования и охлаждения в холодильнике поз.
С0703 газ направляется в сепаратор поз. F0705 для отделепия влаги. И з
190
ссПарагора газ с давлени-ем 0,37 МПа и температурой 40”С поступает в
КОЛ^ОР НИЖНСС1УПСНЧаТ0Г° ГТ “ * П0Да,И 8
карбонизации.
К°Из отделения углекислотной компрессии газы „а карбонизацию
поступают тремя потока“ и- Состав потоков представлен в таблице 43
Компрессоры L G -9 5 /4 имеют производительность 95 м’/мин, м о щ н о с т ь
на валу компрессора 560 кВт, число оборотов вала - 3800 об/мин.
Паровая турбина для привода компрессора ВО.56-40/3(В72Н Темпера­
тура поступающего пара на входе в турбину 450Т, на выходе с турбины 280'С.
Таблица 43. Состав газов, идущих из отделения углекитслотной
компрессии:
Наименование газа
С р е д и с с т у и е н ч а т ы й газ
Нижнссгупеичатый газ
Содержание комповсетов. в ■/. масс
COj
HjO
О:
N,
43,18
42,64
77,35
1.57
1,85
1.57
2.98
2.94
1,76
5225
51.61
18,59
Воздушная компрессорная станция
Воздушная компрессорная станция предназначена для обеспечения про­
изводства кальцинированной соды сжатым и осушенным воздухом для тех­
нологических целей и питания приборов Кипа
В состав станции входят три поршневых двухступенчатых компрессора
производительностью 3780 нм3/час каждый с давлением па нагнетании 0,78
МПа (8 кгс/см2) избыточных и три установки осушки производительностью
600 нм’/час каждая с давлением до 8 кгс/см! и температурой 50°С. Осушка
воздуха осуществляется адсорбцией водяных паров силикагелем марки
КСМГ.
Двухступенчатый поршневой воздушный компрессор
представляет
собой оппознтную крейцкопфную машину с двумя цилиндрами двойного
действия,
с
консольным
расположением
электродвигателя,
межступенчатыми холодильни-ками, расположенными над машиной, и
двумя буферными ёмкостями на вса-сывании и нагнетании, размещенными
под цилиндрами.
Атмосферный воздух проходит через фильтр с ячейками с внецнновым
маслом, очищается от пыли и механических примесей п поступает па всас
компрессоров, где последовательно в двух ступенях сжимается до давления
6,78 МПа. После каждой ступени сжатия происходи: охлаждение воздуха во
астроенном промежуточном и в отдельно стоящем концевом холодильниках.
191
192
В Рис.64. Отделения углекислотной компрессии
] 1 Контрольны е вопросы
1.Принцип работы установки PSA.
2.Техпологическая схема отделения компрессии
3 .К а к и е т е х н о л о г и ч е с к и е п а р а м ет р ы влияю т на
печного газа?
р
4 .П р и н ц и п р а б о т ы к о м п р е с с о р о в
5 .Ф и з и к о -х и м и ч е с к и е с в о й с т в а у г л е к и с л ы х газов.
193
с ко тКН1рироваиия
ГЛАВА ХП. СКЛАД Ж И ДКО ГО АММИАКА
Классификация складов жидкого шшиака
Склады жидкого аммиака различают по назначению:
- заводские, расположенные на территории промышленных прет,™
т и й , производящих синтетический аммиак, использующих егоТ к»
стве сырья для выпуска товарной химической продукции примен»^
щих аммиак в холодильных установках;
’
- прирельсовые и припортовые, выполняющие роль перевалочных скла­
дов;
-
сельскохозяйственные глубинные (базисные) и раздаточные (поле­
вые), расположенные в сельскохозяйственных районах, где жидкий
аммиак используют в качестве минерального удобрения.
По давлению, под которым находится жидкий аммиак в хранилищах, раз­
личают:
- хранилища с давлением до 2,0 М П а;
- хранилища с давлепием до 1,0 МПа;
- хранилища с давлением близким к атмосферному 0,01 МПа;
Под давле|шем до 2,0 МПа и с температурой до +50°С аммиак хранят в
горизонтальных цилиндрических и шаровых резервуарах без отвода паров
аммиака, образующихся под действием притока тепла из окружающего воз­
духа, и поступающих в резервуар с жидким аммиаком. Рабочее давление
должно быть рассчитано с учётом максимальной температуры окружающего
воздуха.
Под давлением до 1,0 МПа и с температурой до +28°С аммиак хранят в
шаровых резервуарах с теплоизоляцией. Для поддержания заданного рабоче­
го давления аммиак, испарившийся под действием притока тепла, отводят
потребителям или конденсируют и возвращают в резервуар.
Под избыточным давлением 0,002 - 0,008 МПа жидкий аммиак хранят в
вертикальных резервуарах с теплоизоляцией при температуре около -33°С.
Дав-ление в резервуаре поддерживают отводом испарившегося аммиака потребите-лям или зти пары конденсируют, а жидкий аммиак возвращают в ре­
зервуар. Та кой способ хранения аммиака называется изотермическим.
На заводских складах жидкого аммиака на предприятиях, производящих
или перерабатывающих аммиак в товарную продукцию, суммарная вмести­
мость резервуаров для хранения не должна превышать десятисуточного объ­
ёма производства или потребления аммиака.
Каждый резервуар или группу резервуаров для хранения жидкого амми­
ака ограждают сплошными земляными валами или железобетонными стена­
ми. Расстояние между резервуарами и ограждением и высота ограждения
выбираются с таким расчётом, чтобы:
- исключить возможность попадания струи аммиака за внутреннюю по­
верхность ограждепия в случае аварии;
194
.
поверхность испарения разлившегося аммиака была как можно мень-
ше.
Высота ограждений резервуаров должна бить не менее | u J n n < s
от* резервуаров до 30 тас. т не менее 1,5 м. Ширина верка земляГо
должна быть не менее 1 м. Расчетный уровень пролива жидкого bmmZ
должен бьггь ниже высота ограждения не менее чем на 0,3 м.
у внутренней стороны ограждения резервуаров должен быть поиямок
дд, стока и эвакуации разлитого аммиака и атмосферных осадков Террито­
рия в пределах ограждения резервуаров должна быть ровной с уклоном 0 3| 0% в сторону эвакуационного приямка.
Расстояние между складом и другими объектами вне его территории
определяют по горизонтали не от стенок резервуаров, а от верхних внутрен­
них граней ограждений этих резервуаров - границ испарений пролива жид­
кого ам-миака в случае аварии. При суммарной ёмкости хранилищ аммиака
. менее 1000 т минимальное расстояние от верхней внутренней грани ограж­
дения резервуаров до зданий и сооружений завода, перерабатывающего ам­
миак, должно бьггь не менее 50 м.
Описание склада жидкого аммиака КСЗ
Склад жидкого аммиака производства соды предназначен для снабжения
газообразным аммиаком под давлением до 0,2МПа (абс.) и температурой до
40°С отделения абсорбции содового производства.
Часовой расход газообразного аммиака на производство соды на проект­
ную производительность при удельной норме расхода 6 кг/т соды составит
75 кг/час, суточный расход - 1800 кг/сутки, годовой расход - 600 т/год.
На складе жидкого аммиака предусмотрено хранение жидкого аммиака в
горизонтальных хранилищах под давлением 1,6 МПа и при температуре
40°С емкостью 100 м5. Ёмкость склада жидкого аммиака при коэффициенте
заполнения хранилища К=0,85 составляет:
100x0,85x580 = 49300 кг
где 100 м3 - объем резервуара,
580 кг/ м3 - плотность жидкого аммиака при давлении 1,6 МПа и 40 С.
М иним альны й за п ас хранения ам миака на складе при норме расхода 6
кг/т соды составит:
49300/1800 = 27 суток.
На складе уст ан о в л ен о д в а храни лищ а - 1 рабочее и одно резервное.
Ж идкий ам м и ак поступ ает в железнодорожных цистернах. Для елиги
*ИД-кого ам м и ака п ред усм отрен а эстакада на одну точку слива,
ас
Установлено д в а ком п рессора, предназначенных для создаю т переп^
СН|т . Г азообразны й ам м иак из хранилищ а поступает на всас компр
195
сжимается до давления 1.6 МПа и подаётся в цистерну д »
жидкого аммиака. Компрессор - поршневой двухступенчат!.,о
Ива1тя
ный агрегат.
компрсссорВ случае аварийного освобождения рабочего хранилища в „
жид-кий аммиак перекачивается насосами, из которых один оайоч^
НОе
резервный.
Раоочий, дРугой
В зимнее время предусмотрен внутренний обогрев хранилищ теп™*
ка-ционной водой с температурой 150-С. В таблице 44 приводятсямгп
менгные нормы склада жидкого аммиака КСЗ.
Нормы технологического реж има склада жидкого аммиака
Таблица 44. Нормы технологического режима склада
Наименование стадий,
потоков реагентов
Газообразный аммиак на
всасе компрессоров поз.
M 1 /U
Газообразный аммиак на
Нагнетании компрессоров
поз. М 1/1.2
Газообразный аминах в
отделителе жидкости поз.
Е2
Ж идкий аммиак на всасе
насосов поз. H l/1,2
Ж идкий аммиак на нагне­
тании насосов поз.
Н1/1 2
Ж идкий аммиак в трубо­
проводе подачи аммиака в
Наименование технологических показателей
Объём или рас­ Температура, *С
Давление,
Уровень от дна
ход
МПа (абс)
V
1,6
-
*
? г = 0,15-0,2
-
-
До 1.6
‘
0.1-1.0
-
-
1,125-1,25
В ода оборотная пря-мая
В ода оборотная пря-мая
н а охлаждение комлрсс-
•
0.07-1.0
23.0 мУч
Газообразный азот после
Газообразным аммиак,
выдаваемый в производ­
ство кальцинированной
соды, после узла регули­
рования
В оздух КИП на склад
В оздух технологический
-
До 0.2
0.6
.
-
0 -4 0
0,2
-
2 0 - 100 м3/ч
-
0,6
-
28
0,4
28
0,4
-
0.32
.
1,1 - 6 ,0 м3/ч
0,6-0,8
А имиачная вода на нагиеВ ода теплофикационная
прямая па вводе в змеевик
150
196
0.8
'
лпямзя ва вы ходе JO зи е ■4»™r a r a ,n m
6 c r o ! n m o « !! £ 2 2 i3 f f i2 - S _
Л ^ 7 д о ^ « у л » т о р а а а .Ж ^ е т « в м м п * 'т »ш<>о с 1 0 ж с л о 1 » » о р о ” юП
•
*
-
.
0.4
*
20,0
*
0,6
*
1.62
-
"р^зообразный ам м иак н а
.ходе в желез„овором ^дастсрвуот
r n .mp<*CCOpOB ПОЗ М Ш Х
До 1.6
Т ззообрш гм Я аммиак в
хранилищах ж идкого ам и я а и поз. E l/1 ,2
----------Газообразный аммиак,
подаваемый в пропзводо в о кальцинированной
040
До 1.6
125хг/ч
75 м3/ч
040
Р г 1,6
Р,= 0Д
*
-
040
1,6
.
.
.
Газообразный аммиак,
подаваемый в п р о ю в о д ство кальцю ш рованной
соды до узла регулирова­
ния
Уровень жидкого аммиака
в хранилищах поз. Е 1/1.2
Уровень жидкого аммиака
в отделителе ж идкости
поз. Е2
Уровень жидкого ам м иака
в полости насоса поз
H 1 /U
Уровень ам м иачной воды
В ЙМКОСТН поз. ЕЗ («чи­
стый отсею*)
100-2400
*
•
-
0-550
150-450 о т оси
насоса
•
-
•
100-1900
0,2
12 Контрольные вопросы
1.Классификация складов жидкого аммиака.
2.Физико-химические свойства жидкого аммиака.
3.Последовательность подачи жидкого аммиака в производстве соды.
4. Нормы технологического режима склада жидкого аммиака.
197
ЧАСТЬ И. ВСПОМ ОГАТЕЛЬНЫ Е ПРОИЗВОДСТВА
ГЛАВА ХШ. ВОДОПОДГОТОВКА ДЛЯ СОДОВОГО ПРОИЗВОД
1.
Физико-химические основы водоподготовки
Вода, используемая в технологических процессах, содержит как
растворенные в воде соли и взвешенные частицы, так и растворенные в ней
газы.
Подготовка воды на промышленном предприятии является весьма ответственной задачей, так как от качества воды зависят надёжность, продол­
жительность и экономичность работы технологического и энергетического
оборудования.
Для надёжной работы оборудования в воде не должно быть солей жёстко­
сти, а концентрация отдельных примесей должна исчисляться от 5 до 100
мкг/дм3.
Во всех случаях применяемая сырая вода проходит соответствующую об­
работку, но наиболее высокие требования предъявляются к качеству воды,
служащей для заполнения контура паротурбинных установок и подпитки его
в процессе эксплуатации.
Подготовка воды проводится физическими, химическими и термическими
методами. Применяя химическую обработку, включающую методы иошгаго
обмена, можно получить как умягчённую, так и глубоко обессоленную воду.
При термической обработке
всегда получают дистиллят, в котором
минимальное содержание примесей.
Природные воды делятся на следующие разновидности: атмосферная, по­
верхностная, подземная и солёная (океанская, морская). Ежегодно с поверх­
ности водоёмов Земли испаряется более 400 млн. м3 воды. При конденсации
паров воды образуется атмосферная вода. Она является наиболее чистой
природной водой. Её солесодержатгае не превышает 50 мг/кг. Однако, в про­
цессе конденсации и при выпадении на поверхность в ней растворяются кис­
лород, азот, углекислый газ, а в промышленных регионах - также оксиды се­
ры, азота и др. газовые загрязнители. Кроме того, осадки при их выпадении
на поверхность земли захватывают также частицы пыли, золы и сажи.
Выпавшая на поверхность земли атмосферная вода встречается с различ­
ными органическими и неорганическими соединепиями. При этом из части
органических веществ с помощью почвенных бактерий образуются мине­
ральные кислоты: угольная, серная, азотная, фосфорная и др., которые в
дальнейшем взаимодействуют с труднорастворимыми осадочными порода­
ми, например карбонатами. Это приводит к поступлению в воду хорошо рас­
творимых бикарбонатов.
Примеси воды классифицируются по различным призпакам:
а) по степени дисперсности:
198
. грубодисперсные примеси - это частицы с размером более 100 нм. Они
образуют с водой гетерогенную систему. Чаще всего это глинистые веще­
ства, песок и органические вещества;
. коллоидно-дисперсные примеси - это частицы, имеющие малые размеры
_ от 1 до 100 нм. Они также ооразуют с водой гетерогенную систему. Колло­
идные примеси в природной воде обладают большой седимептацнонной и
агрегативной устойчивостью, то есть равномерным распределением примесей по объёму воды и неизменностью дисперсного состава в течение дли­
тельного времени;
. истиннорастворённые примеси представлены в воде в виде отдельных
ионов, молекул или комплексов, состоящих из нескольких молекул. Частицы
таких примесей имеют размер менее 1 нм. Эти примеси составляют с водой
гомогенную систему.
б) по химическому характеру примеси делятся на газовые, минеральные и
органические.
1.1. Показатели качества воды
Качество воды определяется сё физическими и химическими характери­
стиками, такими как: прозрачность, цвет, запах, вкус, температура, общее
солесодсржание, жесткость, окисляемость и реакция воды.
Важнейшие показатели качества воды:
- концентрация грубодисперсных примесей (ГДП).
- концентрация истинно-растворенных примесей (ИРП),
- концентрация коррозионно-активных газов,
- концентрация ионов водорода,
- технологические показатели, в которые входят сухой и прока­
лённый остаток, окисляемость, жёсткость, щелочность, кремнесодержание, удельная электропроводность и т.д.
Концентрация грубодисперсных примесей в воде может быть достаточно
точно определена фильтрованием воды через бумажный фильтр с последую­
щим его высушиванием при температуре 378-383 К до постоянной массы.
Прозрачность воды при повышенных концентрациях грубодисперсных
веществ определяют при помощи стеклянной трубки, залитой водой, па дне
которой расположен шрифт или крест с шириной линии 1 мм. Высота столба
воды, при которой хорошо виден шрифт или крест, является количественной
оценкой прозрачности воды. При малых концентрациях грубодисперсных
веществ используют нефелометрический метод, основанный па сравнении
мутности анализируемой воды с соответствующим эталоном.
Сухой остаток косвенно позволяет судить о солесодержонии воды, т.е. о
сумме всех анионов и катионов в воде, за исключением ионов Н и ОН.
Общее солесодержание характеризует наличие в воде минеральных и ор­
фических примесей. Их количество определяют по сухому остатку испаре
ИИем 1 литра воды и высушиванием плотного остатка при 110 С до постоял
ной массы. Прокаливанием сухого остатка при температуре тёмно-красного
199
каления по разности масс можно определить раздельно количеств
ральных и органических веществ. Прокаливание сухого о с т а т к Г ? 0 МИ"С'
приводит к распаду карбонатов и сгоранию органических примесей п
К
разность величин плотного и сухого остатка позволяет лишь о р и е . ™ ™ ^
судить о концентрации органических примесей в воде.
™Р°«очи0
На практике определяют концентрацию органических примесей
косвенным методом, используя сильные окислители такие как напои°Ц'
К М п 04. Поэтому концентрацию органических примесей называют окнсТР
мостъю воды и выражают через расход окислителя, потребного для окисле
ния в стандартных условиях органических примесей, содержащихся в 1 к г
воды.
Концентрации отдельных ионов в воде в мг/кг или в мг-экв/кг опреде­
ляют методами химического анализа. Суммарная концентрация всех катио­
нов и анионов без учёта концентраций Н* и ОН’ составляет солесодержание
воды.
Жёсткость воды является одним из важнейших показателей, определя­
ющим технологию водоподготовки. Жёсткость воды обуславливается при­
сутствием в воде солей кальция и магния. Жёсткость выражается в миллиграм-эквивалентах ионов кальция и магния, содержащихся в 1 дм3 воды, то
есть за единицу жёсткости принимают содержание 20,04 мг/дм3 иона каль­
ция или 12,16 мг/дм3 магния.
Общая жёсткость воды Ж0 - суммарная концентрация ионов кальция и
магния, выраженная в мг-экв/кг, а при малых значениях в мкг-экв/кг.
Карбонатная жёсткость Ж , - жёсткость обусловленная присутствием в
воде двууглекислых солей кальция и магния эквивалентна концентрации бикарбонатионов в воде. Карбонатная жёсткость - это иначе временная жёст­
кость, так как она устраняется кипячением воды, при котором бикарбонаты
кальция и магния переходят в нерастворимые углекислые соли и выпадают в
виде плотного осадка:
Са(НСО,)2 = СаСОэ +Н 20 +СО>
(67)
2Mg(HCO,)2 = MgCO,Mg(OH)2 + 3C02 + Н20
(68)
Некарбонатная жёсткость Ж», - жёсткость, определяемая содержащи­
мися в воде анионами других кислот (СГ, S 0 42' и др.). Некарбонатная жёст­
кость или иначе постоянная жёсткость при кипячении не устраняется.
Общая щёлочность воды 11Ц - суммарная концентрация всех анионов
слабых кислот и ионов гидроксила за вычетом концентрации ионов водорода:
Щ„ = 1С„сл «.Т + См- - с „
(69)
Обычно в природных водах бикарбонатная щёлочность значительно пре­
обладает над другими видами щёлочности: гидратной, силикатной, фосфа
200
поэтому е* значение без большой погрешности выражает общую щёя°чН0- В: До1 , степень сё кислотности или щелочности - характеризуется
^Са‘пиацией водородных иопов и определяется с помощью индикаторов
К°т Нметров. Реакция природных вод чаще всего близка к нейтральной и
ИЛИ азетель водорода pH колеблется в пределах 6,8-7,3. При pH меньше
и* пок имсст кислую реакцию, а при pH больше 7,5 - щелочную реакцию.
6.5 ®ода
опектропроводность воды в См/см - характеризуется злектрий проводимостью слоя воды, находящегося между двумя противопоческой Р" а11ямИ uyga с ребр0м, равным 10'г м. В чистой воде, пе содержаложяыми
псрснос зарядов осуществляется лишь ионами Н* и ОН',
у^льная электропроводимость такой воды при 293К составляет 0,04
**СкТиентрация растворённых газов - зависит от многих факторов:
, газа, температуры воды, степени минерализации воды,
парциального давления газа над водой, pH воды и т.п.
1.2. Классификация природных вод
Многообразие природных вод классифицируется по следующим
основным признакам:
1 по солесодержанию:
. пресные - содержание солей менее 1 г/кг,
. солоноватые-содержание солей 1-25 г/кг,
- солёные - содержание солей свыше 25 г/кг
2. по общей жёсткости воды, в мг-экв/кг.
- с малой жёсткостью Жо - мсисе 1,5
- сосредней жёсткостью - Жо = 1.5 - 3.0
- с повышенной жёсткостью - Жо = 3,0 -6,0
- с высокой жёсткостью - Жо = 6,0 -12,0
- с очень высокой жесткостью - Жо - болсс 12,и
3. по степени загрязнённости органическими веще
^
щейся определённой степенью окисляемосп ,
- малая степень - 5
- средняя степень - 5 - 1 0
- повышенная степень - 1 0 - 20
сильная степень - свыше 20
1.3.
Стадии водоподготовки
Промышленная подготовка воды для использования ре
комплекс операций, обеспечивающих чистоту
« р ед н ы х ^
N
примесей, находящихся
состоянии.
в
из неа
„„„атом и взвешенном
растворённом, ко
201
1. Очистка от взвешенных примесей достигается о т с т о и ш ь „ *
тровапием
ы и филъПсрвый этап очистки воды - предварительная очистка - неойхлт,
улучшения технико-экономических показателей
п осл ед уи тГ *” 3 ш
очистки воды, а также потому, что при отсутствии предвар^елТой
ки применение многих методов на последующих ступенях очистки
встречает значительные затруднения.
воды
Так, паличие в воде органических веществ приводит к изменению техно
логических свойств анионитов, способствует их старению, а, следовательно"
и к резкому в 4 - 8 раз снижению срока службы. Присутствие в воде ионов
железа в концентрации свыше 50 мкг/кг вызывает отравление мембран при
очистке воды электродиализом. Неудовлетворительная очистка воды от
грубодисперсных и коллоидных примесей является одной из причин образо­
вания накипей на поверхностях нагрева и ухудшения качества пара.
Процесс отстаивания позволяет осветлять воду вследствие удаления из
неё грубодисперсных взвешенных примесей, оседающих под действием силы
тяжести на дно отстойника.
Для достижения полного осветления и обесцвечивания воды после от­
стойников проводят прочесе коагулячии - удаления мельчайших взвешенных
частиц. Коагуляция - высокоэффективный процесс разделения гетерогенных
систем. Он осуществляется добавлением к очищаемой воде небольших ко­
личеств электролитов: сульфата алюминия A12(SO,i)3, сернокислого железа
FeSOi и некоторых других соединений, называемых коагулянтами.
Физико-химическая сущность этого процесса в упрощённом виде состоит
в том, что коагулянт в воде превращается в агрегаты несущих заряд частиц,
которые, взаимодействуя с противоположно заряжешгыми частицами приме­
сей, обусловливают выпадение нерастворимого коллоидного осадка.
Так сернокислый алюминий в результате гидролиза и взаимодействия с
солями кальция и магния, растворёнными в воде, образует хлопьевидные
положительно заряженные частицы гидроксида алюминия:
Ah(S04)3 + 6Н20 = 2А1(ОН)з + 3H2S04
H2SO4
+ Са(НСО,)з = Са SO4 + 2Н20 + 2СО,
(70)
(71)
Взаимодействие положительно заряженного гидроксида алюминия и не­
сущих отрицательный заряд примесей, таких как глинистые частицы и дрвзвеси, приводит к быстрой коагуляции взвешепных в воде частиц, то есть к
образованию осадка. Одновременно идёт процесс адсорбции на поверхности
осадка органических красящих веществ, в результате чего вода обесцвечиваеТ°К ак правило, после коагуляции проводится процесс фильтрачии осветлёной воды для более полного удаления мелких коагулировавших частиц.
2 Вторая стадия промышленной водоподготовки -умягчение воды.
202
Умягчение воды состоит в удалении солей кальция и магния, обуславли,а-(оших жесткость воды. В промышленности применяют различные мето­
ды умягчения, сущность которых сводится к связыванию ионов кальция и
магния при помощи реагентов в нерастворимые и легко удаляемые соедине­
ния.
а) химические методы умягчения:
. известковый способ с использованием известкового молока
Са(ОНЬ Устраняет временную жесткость.
- содовый способ с использованием кальцинированной соды Na2COj.
Устраняет постоятшую жёсткость, но позволяет осуществить лишь
только грубое умягчение воды, примерно до остаточного содержания
0,3 мг-экв/дм3.
- фосфатный способ с использованием тринатрийфосфата Na3P 04. поз­
воляет более полно устранить постоянную жёсткость воды до значе­
ний 0,03 мг-экв/дм3. Однако тринатрийфосфат значительно дороже
известкового молока и кальципнровашюй соды.
На практике чаще всего применяют, как наиболее экономичные - комби­
нированные способы умягчения, обеспечивающие устранение временной и
постоянной жёсткости, а также связывание углекислоты, удаление ионов же­
леза, коагулирование органических и др. примесей. Таким комбинированным
способом является известково-содовый в сочетании с фосфатным для полу­
чения наиболее полного умягчения воды. Экономичность такого способа
объясняется тем. что из этих реагентов самый дорогой - тринатрийфосфат. а
самый дешёвый - известковое молоко. Поэтому на предварительной стадии
умягчения используются более дешевые реагенты, что позволяет снизить
расход более дорогого реагента. Химизм процессов характеризуется следу­
ющими реакциями:
2.1 Обработка воды известковым молоком для устранения временной
жёсткости
Са(НСОз)2 + Са(ОНЬ = 2СаСО, + 2Н,0
(72)
Mg(HC03)2 + 2Са(ОНЪ = 2СаСО, + Mg(OH)i + 2Н,0
(73)
FeSO, +Са(ОНЬ =Ғе(ОН)з+CaS04
(74)
4 Ғе(ОН)г + 0 2 + 2H20 = 4Fe(OH)j
O 5)
CO, +Са(ОН)г = CaCOj + H ,0
(76)
2.2 Обработка воды кальцинированной содой для устранения постоянной
жёсткости
MgS04 + Na2C 0 3 = MgCOj + Na2S04
203
(77)
MgCla + Na2C 0 3 = M gC 03 + 2NaCl
(78)
CaSO* + Na 2C 0 3 = C aC 0 3 + N a 2SO*
(31)
Са2°нбР“
'1рШ1а'1рИЙфосфатОМ Л™ более полного осаждения катионов
ЗСаСНСО^ + 2NajPO* = Са3(Р0 4)2 + 6NaHC0 3
(77 )
3MgCl2 + гЫазЮ* = MgjlTO*), + 6NaCl
(78)
Растворимость фосфатов кальция и магния ничтожно мала, что и
определяет высокую эффективность фосфатного способа умягчения воды.
Физико-химический метод умягчения воды (ионообменный!
Сущность ионообменного способа умягчения воды состоит в удалении
ионов кальция и магния из воды при помощи ионитов, способных
обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. Различают процессы
катионного и анионного обмена. Соответственно иониты делятся на
катиониты - иониты обменивающие катионы, и аниониты - иониты
обменивающие анионы.
В основе катиошюго процесса умягчения воды лежат реакции обмена
ионов натрия и водорода катионитов на катионы Са2* и Mg2*. Обмен ионов
натрия называется Na-катионированием, а ионов водорода
Нкагтионированием.
Ыа2{кат> + Са(НС0 3)2 = Са{кат} + 2NaHC0 3
(79)
Ыа2{кат} + M gS0 4 = M g { K a T ) + 2Na:S 0 4
(80)
Н 2 {кат} + MgCl2 = M g{Kar} + 2HC1
(81)
Н2{кат} + Na2S 04 =Ыа2{кат} + H 2S 0 4
(82)
Аналогично из воды извлекаются ионы и других металлов.
Реакции катиошюго обмена обратимы и для восстановления обменпой
спо
С собности катионитов проводят процесс их регенерации. Регенерацию Naкати-онитов производят с помощью растворов поваренной соли, а Нкатионитов - при помощи растворов минеральных кислот соляной или
серной.
3 Третья стадия водоподготовки - обессоливание воды
204
Обсссоливанис воды осуществляется двумя основными способами:
физи-ко-химичсским и физическим.
физико-химический метод основан па полном обессоливании воды с
помощью ионитов. Выше показан механизм удаления из воды катионов
металлов с помощью катионитов. Анионы
удаляются с помощью
анионитов. Аниониты - это высокомолекулярные вещества, содержащие
активные группы с ионами ОН'. Пропуская через слой анионита воду,
предварительно освобожденную от ионов металлов, извлекают из неб
анионы, присутствие которых не допустимо по технологическому
назначению воды:
{Ан}ОН +HCI = (Ан)С1 + Н20
(83)
2{Ан}ОН + H2SO< = (Ah}2SO< + 2Н20
(84)
А н и о н и т ы р е г е н е р и р у ю т р а с т в о р а м и щ ел о ч ей .
Ф и з и ч е с к о е о б е с с о л и в а н и е в о д ы д о с т и га е т с я путем ее дистилляции -
испарения с п о с л е д у ю щ е й к о н д е н с а ц и е й .
4. Четвёртая стадия подготовки воды - аегазауия воды
Дегазация воды от вредных коррозионноактнвных газов, таких как
сероводород, диоксид серы, диоксид углерода и др. осуществляется в
основном аэрированием, то есть соприкосновением воды с воздухом при
разбрызгивании её. Для дегазации также применяют и химические реагенты.
Например, сероводород удаляют, окисляя его при хлорировании воды.
Кислород удаляют добавлением к воде восстановителей, например
сульфита натрия. При взаимодействии сульфита натрия с растворенным в
воде кислородом происходит реакция:
Na2SOj + СЬ= 2Na2SO»
(85)
Данная реакция протекает достаточно быстро при температуре воды не
менее 80°С и при pH < 8. Следует учесть, что при температуре выше 275°С,
соответствующей давлению насыщения 6 МПа, сульфит натрия подвергается
гидролизу. Поэтому этот метод применяется только для обескислороживания
воды в котлах среднего давления и для подпиточной воды тепловой сети.
5. Пятая стадия водоподготовки - обеззараживание воды
Обеззараживание воды осуществляется хлорированием или
озонрованием.
При попадании хлора в воду происходит его гидролиз с образованием
соляной и хлорноватистой кислот:
205
Cl2 + H2O = HC1 + HC10
(86)
Хлорноватистая кислота нестойкая и разлагается па соля,™
химически активный атомарный кислород, действие к оторого£в М о ,У«
микроорганизмы н приводит к обеззараживанию воды:
H Q O = HCl
+
О
( 87 )
При подготовке воды для восполнения потерь пара и конпеш-™
некоторых случаях используют дистиллят, получаемый в испарительный
установках. Такой метод подготовки воды называется термическим
обессоливаяием воды. Термическое обессоливание основано на том что воду
испаряют, а затем полученный пар конденсируют при охлаждении’. Чистота
дистиллята зависит от количества капель жидкости, уносимых с паром Чем
меньше унос капель, тем чище будет дистиллят. Дистиллят производят в
основном из воды, предварительно умягченной на ионитовых фильтрах. Но
существуют и испарители, работающие на сырой воде.
2. Станция подготовки питьевой и технической воды
Станция питьевой и технической воды предназначена для получения:
- частично умягченной воды на подпитку водооборотного цикла (ВОЦ)
основного производства и на подпитку ВОЦ дистилляционноопреснительной установки (ДОУ);
- обессоленной воды для производства кальцинированной соды и для
получения пара в котельной общезаводских объектов;
- воды питьевого качества.
Получение частично умягчённой воды осуществляется известковосодовым способом с коагуляцией сернокислым железом в осветлителях
ВТИ-404И с последующим фильтрованием в освстлитсльных двухкамерных
фильтрах. Для глубокого умягчения частично умягчённой воды используется
метод двухступенчатого Na-катионирования. Получение воды питьевого ка­
чества осуществляется путём хлорирования частично умягчённой воды, об­
работки на сорбционных угольных фильтрах и на фильтрах-десорберах. По­
лучение раствора гипохлорита натрия происходит путём электролиза раство­
ра поваренной соли. Осветление шламовых вод осуществляется путем от­
стаивания на шламоотва-лах.
2.1. Предварительная очистка воды
Предварительная очистка воды в осветлителях происходит при совмеще­
нии процессов реагеюпюго умягчения, коагуляции и осветления. При этом
снижается щелочность и жесткость воды, удаляются взвешенные частицы,
206
уменьшается количество соединений железа и органических веществ. Для
' скорсния коагуляции дозируется флокулянт - полиакриламид.
При извсстково-содовом процессе умягчения происходят следующие хи­
мические процессы, удаляется свободная углекислота, которая, взаимодействуя с гидроокисью кальция, образует плохо растворимый карбонат каль­
ция:
СО; (г—;»} + Са(ОН)2 = CaCOj + Н; 0
(76)
Са(НСОз)з +Са(ОН)з = 2СаСО,+ 2Н20
(72)
и далее:
Mg(HC03)2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 +2СаС03+ 2Н20
(73)
MgS04 + Са(ОН)г = Mg (ОН)г + CaSO,
(88 )
MgCl2 + Са(ОН)г = Mg (ОН)г +СаС12
(13)
CaS04 + Na2C 03 = CaCOj + Na2 S04
(31)
CaCl2 + Na2COj = CaCOj+ 2Na Cl
(14)
Остаточная жесткость воды после содо-известкования составляет 1-3 мтэкв/дм3.
Наряду с известью и содой, в воду добавляют коагулянт - гидрат запис­
ного сернокислого железа - железный купорос FcS047H20 . При введении в
воду происходит его гидролиз - окисление растворенным в воде кислородом
с образованием гидроксида железа:
4 FeSO„ + 4 Са(ОН); + 2 Н;0 + О; = 4 Fe(OH)3 + 4Са S 04
(89)
Гидроксид железа образует коллоидную систему, частицы которой коа­
гулируют коллоидные примеси исходной воды. Затем образуются хлопья,
которые захватывают взвесь и мелкие частицы осадка; Основные факторы
определяющие процесс умягчения воды:
температура подогрева исходной воды. При подогреве воды
ускоряются химические реакции и процессы кристаллизации, улуч­
шаются условия выделения осадка Оптимальная температура воды
29-3 ГС.
использование образующегося осадка в качестве контактной сре­
ды. Это сокращает длительность обработки, увеличивает допустимую
рость движения воды. Снижает содержание в ней взвеси.
207
месей.ВеДеНПе Коаг^лянта'
УглУбляет эффект очистки воды от при-
применение активаторов процесса - флокулянтов Э™ ™ ,
ствует агрегированию частиц, что ускоряет процесс их осед ав! ,. '
ласт их более стабильными.
™ и деОбработанная вода после осветлителя содержит до 10 мг/дм3 взвешет.,™
ф ^ ы
Л1Я УДЗЛеНИЯ ЭТИХ ВСЩеСТВ СЛужат осветлительные механические
Осветлитель - аппарат диаметром 11,0 м - установлен вертикально на
кольцевой опоре. Верхняя цилиндрическая часть корпуса соединена при по­
мощи конического перехода с нижней цилиндрической частью, образующей
смеситель, к которому приварено коническое днище. Внутри корпуса встро­
ен вертикальный внутренний корпус диаметром 4,5м, нижняя часть которого
является шламоуплотнителем, а верхняя - воздухоотделителем. Устройство
осветлителя представлено на рис. 65.
2.2. Na-катионирование
Умягчение воды путём Na-катионирования заключается в пропускании
воды через слой загруженного в Na-катионный фильтр катионита. При этом
происходит следующий катионный обмен:
Са2* + 2NaR = CaR, + 2Na*
(90)
В результате этой реакции происходит замена катионов кальция в воде на
катионы натрия, вследствие чего остаточная жёсткость воды опекается до
0,01 мг-экв/дм3 и ниже. По мере истощения обменной емкости катионитов
прово-дится процесс их регенерации, состоящий из трех этапов:
- взрыхление катионита потоком воды в направлении снизу вверх;
- пропуск регенерационного раствора;
- отмывка катионита от продуктов регенерации.
Регенерация осуществляется 8 %-ным раствором поваренной соли. При
регенерации протекает реакция:
CaR2 + 2NaCl = 2NaR + CaCI2
(91)
7. T. Получение питьевой воды
Для удаления из воды привкусов и запахов установлены сорбционные
фильтры, загруженные активированным углем. Вода в фильтре проходит
через слой загрузки. Продолжительность рабочего цикла угольного фильтра
зависит от поглотительной способности активированного угля и от
208
содер*а1ГИЯ примесей в воде. Для предотвращения слёживаемоста
активированного угля в процессе его работы периодически (один раз в 10-15
суток) проводится взрыхляющая промывка слоя угля в фильтре.
3. Описание технологического процесса подготовки питьевой
и технической воды
3.1 Предварительная очистка волы
Исходная вода из магистрального водовода «Кунград-Кульсары» с темпе­
ратурой 7-27°С по трубопроводу, проложенному в земле, поступает в резер­
вуар исходной воды. Резервуар исходной воды представляет собой прямоугольный сосуд объемом 14000 м!, частично заглублённый и выполненный
из железо-бетона.
Исходная вода из резервуара по трубопроводу, проложенному в земле, по­
ступает на всас насоса поз. Н1 и далее через аппарат магнитной обработки
воды поз. Х2 направляется в теплообменники поз. ТЗ, Т4. Исходная вода при
мапштной обработке пропускается через магнитное поле, образуемое катуш­
кой электромагнита.
Подогрев исходной воды осуществляется перегретым паром, поступаю­
щим из сети завода с температурой 250°С н давлением 1,2 МПа. В тсплообменнике поз. ТЗ исходная вода нагревается до температуры +1НС, а в теп­
лообменнике Т4 - далее до ЗО'С. Теплообменник поз. Т4 предназначен также
и для стабилизационного подогрева воды в пределах ± ГС. Конденсат пере­
гретого пара, образующийся в результате охлаждения пара в теплообменни­
ках, с температурой 80°С выдаётся в сеть завода.
Теплообменники поз. ТЗ, Т4 представляют собой стальные горизонталь­
ные аппараты с температурным компенсатором на кожухе.
Далее вода с температурой 30°С подастся в освстшггсль поз. 05, где
подвергается известково-содовому умягчению. В осветлитель дозируются
реагенты:
- раствор сернокислого железа 5% FeSO<
- известковое молоко 5% Са(ОН)г
- раствор кальцинированной соды 5% NajCCb
- раствор полиакриламида 0,1% ПАА
Приготовление раствора сернокислого железа концентрацией 20% FeSC>4
осуществляется в ёмкости поз. Е18. Ёмкость поз. Е18 представляет собой
сильной вертикальный цилиндрический аппарат с плоской крышкой и кони­
ческим днищем. На крышке резервуара имеется ппуцер исходной воды и во­
ронка со встроенной корзиной. Штуцер выхода готового продукта распо­
ложен в нижней части цилиндра, к которому присоединён резиновый рукав с
поплавком.
209
Коагулянт “сернокислое железо” техническое г
Доставляется в таре автотранспортом со склада с с р н о к и с л ^ ™ ^
Ғс!»«
коагулянт из мешков засылается через воронку в емкость поз
Сухой
исходит его растворение исходной водой до получения па™
' ГДе ПР°цией 20% FeSO,. Полученный раствор сернокислого железа Т о Т ' 4'" 71’3'
сетчатый фильтр поз. Ф19, насосом поз. Н20 подаётся в ё м к о т г, с ЧСрс:1
последующего разбавления исходной водой до получения 5°/ г п %
F e S 0 4. При перепаде давления в 0,1МПа фильтр поз. Ф19 о^ключа^Г°Ра
очистку.
включается на
Ёмкость поз. Е21 представляет собой стальной вертикальней,
цилиндрический аппарат с плоскими днищами. На крышке резепвуапа
расположены штуцеры входа исходной воды и раствора коапщя,™
воздушник. На цилиндрической части расположены штуцеры перелива и
выхода готового продукта.
Равномерное перемешивание раствора сернокислого железа в емкостях
поз. Е18 и Е21 осуществляется насосом поз. Н20. Готовность раствора опре­
деляется аналитически путём отбора проб из пробоотборных точек, располо­
женных на линии выхода 5%-го раствора сернокислого железа из ёмкости
поз. Е21.
Готовый раствор сернокислого железа из ёмкости поз. Е21 при помощи
насоса-дозатора поз. Н22 через уравнитель давления поз. Х23, предназначен­
ный для гашения пульсаций, направляется в осветлитель поз. 05.
5%-ный раствор известкового молока Са(ОН)з из установки приготовле­
ния известкового молока под давлением 0,42 МПа и с температурой 40-43°С
по закольцованному трубопроводу поступает в одну из емкостей поз. Е15, в
то время как из другой ёмкости поз. Е15 известковое молоко насосом поз.
Н16 подаётся в дозатор известкового молока поз. Е17. В ёмкостях поз. Е15
производится так же непрерывное перемешивание раствора за счет циркуля­
ции с помощью насоса поз. Н 16 и перемешивание воздухом технологическим
через встроенный в ёмкость барботёр.
Известковое молоко подаётся на всас насосов поз. Н16 через два патрубка
Ду 100 с помощью гибких рукавов. Для поддержания постояшюго уровня из­
весткового молока в дозаторе поз. Е17, количество раствора, подаваемого
насосом поз. Н16, должно в 1,5-2 раза превышать необходимый расход.
Ёмкость поз. Е15 представляет собой стальной вертикальный цилиндри­
ческий аппарат с коническим днищем. На цилиндрической части расположе­
ны штуцеры перелива и выхода продукта, к которым присоединены два ре­
зиновых рукава с поплавком. В коническую часть аппарата предусмотрен
подвод технологического воздуха.
Раствор кальцинированной соды концентрацией 11,51% ЫазСОз с тем­
пературой 55“С поступает из отделения кальцинации производства каль­
цинированной соды в ёмкость поз. Е30. Перемешивание раствора осуществ­
ляется технологическим воздухом через встроенный в ёмкость барботёр.
В ёмкости поз. Е30 осуществляется разбавление раствора кальцинирован­
ной соды исходной водой до рабочей концентрации 5% Na2COj. Ёмкость поз.
210
£30 - стальной вертикальный цилшщр с плоским и днищами. На крышке 6мкости расположены штуцеры входа раствора соды и воздушник. На цилин­
дрической ч ас ти расположены штуцеры перелива и выхода раствора соды.
П р е д у см о т р ен штуцер подвода технологического воздуха.
Из ёмкости поз. Е30 раствор кальцинированной соды с температурой 40°С
при помощи насоса-дозатора поз. НЗ1 через уравнитель давления поз. Х56
дозируется в осветлитель поз. 05.
Приготовление полиакриламида технического концентрацией 1% ПАА
осуществляется в емкости поз. Е24. Ёмкость поз. Е24 - стальной вертикаль­
ный аппарат с перемешивающим устройством с плоским днищем и съёмной
крышкой. На съёмной крышке аппарата расположен штуцер входа исходной
воды, штуцер циркуляции раствора ПАА и воронка. На цилиндрической ча­
сти расположены штуцеры перелива и выхода 1%-го раствора ПАА.
Из переносной тары полиакриламид через воронку загружается в ёмкость
поз. Е24 предварительно заполненную исходной водой. Растворение
осущестляется при помощи перемешивающего устройства. Полученный 1%ный расвор полиакриламида через сетчатый фильтр поз. Ф25 при помощи
пасоса поз. Н26 подаётся в ёмкость поз. Е27 для дальнейшего разбавлеши
исходной водой до концентрации 0,1% ПАА. Перемешивание 0,1%-го
раствора ПАА осуще-ствляется насосом поз. Н26. Отключение фильтра поз.
Ф25 на очистку осу-ществляется при перепаде давления 0,1 МПа.
Ёмкость поз. Е27 - стальной вертикальный цилиндрический резервуар с
плоскими днищами. На крышке ёмкости расположены штуцеры входа
исходной воды, 1%-го раствора ПАА и воздушник. На цилиндрической части
расположены штуцеры перелива и выхода 0,1%-го раствора ПАА.
Готовность раствора ПАА определяется аналитически путём отбора проб
из пробоотборных точек, расположенных на линии выхода раствора ПАА из
ёмкостей поз. Е24 и Е27. Готовый 0,1%-ный раствор ПАА через уравнитель
давления поз. Х29 при помощи насоса-дозатора поз. Н28 дозируется в
осветлитель поз. 05.
Дозирование реагентов: коагулянта, полиакриламида, соды и известкового
молока в осветлитель поз. 05 осуществляется в нижнюю часть конуса дози­
ровочными насосами поз. Н22, Н28 и Н31 и дозатором поз. Е17, производи­
тельность которых регулируется автоматически по количеству подаваемой
исходной воды в осветлитель поз. 05.
Дозатор известкового молока поз. Е17 - бункер, разделённый на три
секции, которые выполняют следующие функции: прием известкового
молока из ёмкости поз. Е15, возврат известкового молока в ёмкость поз. Е15,
подача известкового молока в осветлитель поз. 05.
Регулирующим органом дозатора является нож-делитель, имеющий приВ°Д от исполнительного механизма. Дозирование известкового молока в
осветлитель осуществляется при помощи автоматического регулирования по
водородному показателю pH обрабатываемой воды. Управление дозатором
0сУЩествляется дистанционно.
211
Осветлитель поз. 0 5 (рис. 66) представляет собой цилиндоо-кп»,
аппарат, установленный вертикально на кольцевой опоре Bcnv„
кий
дричсская часть корпуса соединена при помощи конического Т ПИЛИН'
нижней цилиндрической частью, образующей смеситель, к к о т о п п ^ ^ с
рено коническое днище.
’
^ приваВнутри корпуса встроен вертикальный внутренний корпус диамегс
4,5 м, нижняя часть которого является шламоуплотнителем, а верхт^
воздухоотделителем.
’
~
Осветлитель работает следующим образом:
Исходная вода по трубопроводу (1) через распределительные трубы (2)
поступает в воздухоотделитель (3), где она освобождается от пузырьков
воздуха. Из воздухоотделителя вода по опускной трубе (36) через
тангенциально направленный ввод, снабжённый регулирующим устройством
(4), поступает в смеситель воды и реагентов (5).
Известковое молоко (6), растворы коагулянта (7), соды кальцинированной
(37) и полиакриламида (8) поступают в смеситель (5) по радиально направ­
ленным трубопроводам. При необходимости предусмотрена подача раствора
коагулянта (7а) в трубопровод исходной воды. Благодаря разной направлен­
ности движения при входе в смеситель (тангенциально для воды и радиально
для реагентов) в смесителе реагенты хорошо перемешиваются с водой, и там
же происходит их химическое взаимодействие с растворёнными в воде веще­
ствами.
Обозначения и пояснения к устройству и работе осветлителя даются в
описапии технологической схемы СППиТВ.
Скорость поступления воды в смеситель и интенсивность перемешива­
ния её с реагентами можно регулировать, изменяя поперечное сечение под­
водящего трубопровода с помощью устройства (9), и тем самым обеспечить
оптимальные условия формирования контактной среды (12).
Для погашения вращательного движения обрабатываемой воды преду­
смотрены вертикальные (10) и горизонтальные (11) смесительные перегород­
ки, расположенные в нижней конической части осветлителя.
212
Процессы химического взаимодействия реагентов с растворенными в
воде веществами завершаются в нижней части осветлителя на выходе
из смесителя, и здесь же начинается выделение осадка в виде хлопь, .
Образовавшийся шлам, поддерживаемый во
гра1Ш.
восходящим потоком воды, образует контактную среду ( )•
213
ца взвешенного шлама (12а) в зоне контактной среды (12) должна Находил,
примерно на уровне верхней кромки шламоприемных окон ( 13 ),
Ся
шлама вместе с частью обрабатываемой воды до 20% непрерывно из КИ
кон тактной среды (12) через шламоприёмные окна и шламоотводящие то°кЬ'
(146) отводятся в шламоуплотнитсль (15), где он уплотняется, частично
Ы
воживается) и оседает на дпо. Осветлённая в шламоуплотнитеде ( 15 )
через сборный перфорированный коллектор (21) и трубопровод (22) поел053
ет в приёмный короб распределительного устройства (19). На отвод
3
трубопроводе (22) имеется дроссельная заслонка (28), с помощью кот
регулируется расход воды («отсечка»), поступающей из шламоуплотпиге°И
(15) в приёмный короб распределительного устройства (19).
Большая часть поступившей в осветлитель воды до 80% общего васх
минуя шламоприёмные окна, поступает в зону осветления (16), где полной
стью освобождается от шлама. Далее, пройдя через верхнюю дренажную ре­
шётку (17), предназначенную для равномерного распределения воды по пе­
речному сечению осветлителя, известково-содовая вода сливается в сборный
жёлоб (18) через отверстия и щели в его боковых стенках.
Из желоба известково-содовая вода поступает в приёмный короб распре­
делительного устройства (19), где смешивается с потоком воды, выходящим
из шламоуплотнителя (15).
Удаление шлама из шламоуплотнителя (15) осуществляется непрерывной
(23) или периодической (24) продувкой.
Для аналитического контроля обрабатываемой воды осветлитель оснащён
линиями отбора проб воды.
Дренаж (опорожнение) шламоуплотнителя (15) по трубопроводу (29), а
такж е шламовая вода направляются в ёмкость для сбора шлама поз. Е32, от­
куда насосом поз. НЗЗ откачиваются в шламоотвалы. Песок и частицы
крупнокристаллического осадка собираются в грязевике (26), в качестве
которого используется нижняя часть конического днища смесителя, и
периодически удаляются через дренажный трубопровод осветлителя (27) в
ём кость сбора ш лама поз. Е32.
Для промывки коллектора ш ламоуплотнителя, сборного желоба и
верхней решетки осветлителя предусмотрен подвод воды (30) в отводящий
трубопровод известково-содовой воды из шламоуплотнителя. При этом
задвижка, установленная на отводящем трубопроводе (31), должна был.
закры та. При работе осветлителя эта задвижка должна быть открыта.
К каждому осветлителю поз. 0 5 предусмотрена отдельная группа насосов
для подачи реагентов поз. H I6 , Н22, Н28, Н31.
Ёмкость поз. Е32 представляет собой железобетонное строительное
сооруж ение со встроенным барботёром для перемешивания шламовых во
технологическим воздухом.
на
Из
ш ламоотвапов отстоянная вода периодически возвращается
предварительную очистку в резервуар промывных вод поз. Е13.
ггооводу
О бработанная в осветлителе известково-содовая вода по тру 0
^
(20) сам отёком направляется в резервуар поз. Е6, откуда насосом
214
ВОДС.
ДЛЯ снижения водородного показателя pH известково-содовой
0,05% H2SO4 из узла приготовления раствора серной кислоты
насоса поз Нбб.
Ёмкость поз. Е6 - стальной вертикальный цилиндрический резервуар с
плоскими дигоцами.
Двухкамерный осветлительный фильтр поз. Ф8 представляет собой
сальной цилиндрический аппарат с днищами и
глухой плоской
межхамерной перегородкой.
С о д е р ж а н и е взвешенных веществ в вод е после осветлигельных фильтров
с о с т а в л я е т н е б о л с с 1,5 мг/л.
Из осветлктелъных фильтров поз. ФЕ
вода частично умягчённая
направляется в резервуар частично умягченной воды.
Из резервуара частично умягченная вода выдастся: насосом поз. НЮ - на
подпитку ВОЦ, насосом поз. НИ - на приготовление воды питьевого
качества, насосом поз. Н43 частично умягченная вода также подаётся на
дальнейшее умягчение - на стадию Ыа-катионирования.
Для доведения водородного показателя частично умягчённой воды, пода­
ваемой на подпитку ВОЦ. до требуемого значения рН=7-7.5 на нагнетании
насосов
поз. НЮ предусмотрено дополнительное подкислепие воды
раствором серной кислоты с концентрацией 0,05% H-S04.
В процессе работы осветлительных фильтров происходит постепенное
загрязнение фильтрующего слоя и, как следствие зтого, возрастает
сопротивление фильтра, снижается скорость фильтрования.
Сопротивление включённого в работу фильтра составляет примерно 0,01
МПа. При перепаде давления 0,1-0.12 МПа фильтр отключается па водо-воздушную промывку.
Промывка фильтра осуществляется в следующей последовательности:
- взрыхление фильтрующей загрузки
осуществляется воздухом
технологи-ческим сжатым давлением не более 0,2 МПа в направлении потока
“снизу вверх’’ в течение 2 минут.
- промывка загрузки частично умягчённой водой, для чего на общем
коллекторе частично умягчённой воды после фильтров поз. Ф8
Предусмотрена перемычка лилия 3.1 на трубопровод подачи воды на
промывку линия 3.10 с отключающей арматурой. Продолжительность водовоздушной
промывки ^3 niriiij
минуты.
»
* •■f'V.nuiunn
101.
впллп
- окончательная взрыхляющая промывка осуществляется водо
Частично умягчённой, которая подаётся из резервуара воды насосом поз.
Н12. Процол-жителыюсть промывки 20 минут.
Сброс первого фильтрата в резервуар промывных вод поз.
осуществляется со скоростью 4 м/час в течение 10 минут.
215
Промывка производится последовательно: сначала нижней, затем вепх
камеры. Промывная вода после фильтров собирается в резервуар промыв
вод поз. Е13, откуда насосом поз. Н14 по трубопроводу (32) направляете101
осветлитель поз. 0 5 .
я6
Ёмкость поз. Е13 представляет собой стальной вертикаль
цилиндрический резервуар с плоскими днищами.
Работа осветлительных
фильтров
поз.
Ф8
осуществляется
полуавтоматическом режиме. Каждый фильтр оснащён автоматическ *
устройствами необходимыми для водо-воздушной промывки.
И
Предусматривается проведение в надлежащей последовательности и п
оптимальных условиях операций по восстановлению работоспособно РИ
фильтров по заданной программе. Прекращение полезной работы фильтп
осуществляется эксплуатационным персоналом, который ведёт оперативнь й
химический контроль качества обработанной воды. Для облегчения
ускорения процесса перегрузки фильтрующих материалов в случае ремонта
фильтра, осуществляют гидроперегрузку фильтрующих материалов в
резервный пустой фильтр.
Для гидрозагрузки и гидровыгрузки фильтрующих материалов на эстакаде
вдоль расположения фильтров предусмотрен стационарный трубопровод
(коллектор гидроперегрузки). На нём на каждые два фильтра имеется
тройник на фланцах, к которым присоединяются гибкие рукава. Второй
конец рукава для фильтра, из которого выгружается фильтрующий материал,
присоединяют к штуцеру гидроперегрузки;
для фильтра, в который
загружается фильтрующ ий материал, опускают в лю к фильтра.
Перегрузку
фильтрующего
материала
осуществляют
частично
умягчённой водой, подаваемой по линии подачи воды на взрыхляющую
промывку фильтра. Пульпа по гибкому шлангу поступает в резервный
фильтр, при этом дренажная арматура фильтра открыта. Сброс воды от
фильтров при гидроперегрузке осуществляется в дренажные лотки.
Часть трубопровода, не участвую щ ая в гидроперегрузке, заглушается для
предотвращ ения засорения фильтрующ им материалом. После окончания
гидроперегрузки все трубопроводы тщ ательно промываются водой до
полного удаления материала.
Первоначальная загрузка фильтрующ его материала выполняется при
помощ и передвижного гидротранспортёра и увлекается потоком воды,
подаваемой из коллектора частично умягчённой воды в гидротранспортёр
через гибкий рукав. П ульпа через гибкий рукав, присоединённый к
коллектору гидроперегрузки, поступает в соответствую щ ие фильтры.
Воздух технологический сжатый, подаваемый на уравнители
поз. Х 23, Х 29, Х56, поступает из сети завода с давлением 0,б МШ
тем пературой 30°С. Для снижения давления воздуха до 0,2
^
необходим ого для водо-воздуш ной промывки осветлительных фильтров ^
Ф 8 и сниж ения давления до 0,1 М П а для перемешивания шламовь
ём ко сти поз. Е32, перемеш ивания известкового молока в ёмкостях по ^
в
перем еш ивания раствора кальцинированной соды в ёмкостях по .
216
процессе
её
разбавления
предусмотрены
соответствующие
редуцирования.
узлы
* 1Ы
П р о м ы в н ы е воды после промывки дозатора и з в е с т к о в о г о молока поз F 17
И ёмкости известкового молока поз. Е15 собираете, в ёмкости сбора
шламовых вод поз. Е32 и сбрасываются в шламоотвалы.
3.2. Очистка воды на Na-катионитовмх ф и^тра.
Вода частично умягченная после стадии предварительной очистки
насосом поз. Н43 подаётся на Na-катаонитовые фильтры 1-0й ступени поз.
ф45 и далее на N a-катионитовыс фильтры Ц-ой ступени поз. Ф46. На всас
насосов поз. Н43 с водооборотного цикла также подаётся вода продувочная
ВОЦ ДОУ с тем-пературой 354:.
фильтры поз. Ф45 и Ф46 - вертикальные однокамерные цилиндрические
аппараты с приварными эллиптическими днищами, имеют верхнее и нижнее
распределительные устройства. Корпус каждого фильтра снабжёп двумя
люками. Устройство катионитового фильтра представлено на рис. 66.
К нижнему эллиптическому днитцу фильтра приварен штуцер для гидрав­
лической выгрузки фильтрующего материала, штуцер для гидрозагрузки
фильтрующего материала приварен вверху цилиндрической части корпуса
фильтра.
Воздух, скапливающийся в верхней части фильтра, периодически
отводится в сливную воронку через трубу с вентилем, вваренную в верхнее
днище.
Верхнее распределительное устройство предназначено для подвода
обрабатываемой воды и регенерировашюго раствора, а также для удаления
воды при взрыхлении катионита перед регенерацией.
Нижнее распределительное устройство обеспечивает равномерный сбор
обработанной воды, регенерированного раствора и отмывной воды, а также
равномерное распределение по сечению фильтра взрыхляющей воды.
Пробоотборное устройство размещено по фронту фильтра и состоит из
трубок, соединенных с трубопроводами
подаваемой на обработку и
обработанной воды, и вентилей.
После Na-катионитовых фильтров 1-ой
ступени жёсткость воды
с о с т а в л я е т не б о л е е 0,1 мг-экв/дм3, после N a -кзтиош гговы х фильтров 2-ой
ступени жёсткость воды составляет не более 0,01 мг-экв/дм3.
Из фильтров поз. Ф46 вода умягчённая поступает в резервуар умягчённой
воды поз. Е48, откуда насосом поз. Н49 с давлением 0,4МПа и температурой
30°С откачивается на дистилляционно-опрсснительную установку (ДОУ).
Ёмкость поз. Е48 представляет собой стальной вертикалып>
Цилиндрический резервуар с плоским днищами.
По мере истощения обменной ёмкости катионита КУ-2-8чС в фильтрах
поз. Ф45 _ ПрИ увеличении жесткости Ыа-катионнрованной воды о
ступени свы-ше 0,1 мг-экв/дм3 , а в фильтрах поз. Ф46 при увеличении
жёсткости умягчён-ной воды свыше 0,01 мг-экв/дм
перио
217
проводится процесс регенерации, то есть восстановления обменной ёмко
катионита.
0111
При отключении фильтра на регенерацию протекают следую
последовательные стадии:
UWc
- взрыхление катионита в направлении потока «снизу вверх»;
- регенерация катиопита (восстановление обменной ёмкости);
- отмывка катионита от продуктов регенерации.
1. Взрыхление катионита производится водой повторного использо
в течение 30 минут, подаваемой из резервуара воды повто
использования поз. Е50 пасосом поз. Н51. Ёмкость поз. Е50 - ста ° Г°
цилиндр с плоскими днищами. Оседание катионита в течение 10 минут
2. Регенерация катионита производится 8%-ным раствором п овар ен н о
соли. Раствор готовится из 26%-го раствора NaCI, поступающего в ёмкость
поз. Е52 из отделения очистки рассола с температурой 40°С, и воды
повторного использования.
Ёмкость поз. Е52
вертикальный цилиндр с плоскими дпшцами На
цилиндрической части расположены штуцера выхода раствора соли и
воздушник. Насосом поз. Н53 осуществляется перемешивание раствора по
циркуляционному контуру, а также подача его на регенерацию Naкатионитовых фильтров 1-ой и 2-ой ступени. Расчётное время пропуска
регенерационного раствора через Na-катионитовый фильтр I-ой ступени - 57
минут, а через N a-катионитовый фильтр 2-ой ступени - 27 минут.
3. О тмывка N a-катионитовых фильтров от продуктов регенерации
осущ ествляется водой «до себя» в два этапа. На первом этапе первые,
наиболее загрязнённы е порции отмывочной воды сбрасываются в резервуар
сбора стоков поз. Е54 представляющ ий собой стальной вертикальный
цилиндр с плоскими днищ ами. Туда же сбрасывается вода после взрыхления,
регенерации N a-катионитовых фильтров и упаренная вода с ДОУ. Из
резервуара поз. Е54 насосом поз. Н55 сбросные воды с температурой 30°С
откачиваю тся в накопитель промышленных отходов. На втором этапе
отм ы вочны е воды
направляю тся в резервуар воды повторного
использования поз. Е50.
Д ля предотвращ ения попадания фильтрующ его материала в резервуары
поз. Е50 и поз. Е54 на сбросных трубопроводах установлены фильтрыловуш ки поз.
Ф58. При достиж ении перепада давлепия на фильтреловуш ке 0,1М П а его промываю т обратным током частично у м я г ч ё н н о й
воды. П ромы вная вода сбрасывается в лоток.
П роцесс гидроперегрузки N a-катионитовых фильтров осуществляется
аналогично процессу гидроперегрузки осветлительных фильтров через
коллектор гидроперегрузки. Для ускорения и облегчения пропе
заполнения и выгрузки фильтрую щ их материалов при Рем0" ”
оторый
гидровы грузка осущ ествляется в фильтр гидроперегрузки поз. Ф . к
по у строй ству аналогичен фильтру поз. Ф45.
218
Рис. 66. Вертикально-параллельноточный катионитовый фильтр
1- корпус; 2,3- верхняя п ппжыяя распределительные спсгемы; 4- подвод
обрабатываемой водьц 5- подвод регеиерациопного раствора; 6- выход
фильтрата, 7- спуск отмывочной воды; 8- подвод воды для взрыхления.
Предусмотрена возможность восстановления объёмной ёмкости ионита,
загруженного в фильтр гидроперегрузки. Для этого
к фильтру
гидроперегрузки подведён 8%-ный раствор поваренной соли, вода частично
умягчённая, вода Na-катионированная 1-ой ступени. Также предусмотрена
возможность работы фильтра гидроперегрузки
поз. Ф47 как Naкатионитового фильтра 1-ой и 2 -ой ступени.
219
3.3. Подготовка питьевой воды
Вода частично умягченная, подаваемая насосом поз. Н11 со ста
предочистки, и дистиллят, поступающий с ДОУ, смешиваясь в е д и п ы й П,ИН
поступают в резервуар поз. Е34 вертикальный стальной цил|П°Т°к’
плоскими днищами. Соотношение расходов частично умягчённой
С
дистилляту должно бьггь примерно 1,7:1.
В0ДЫ к
На трубопроводе подачи смешанного потока в резервуар поз
предусмотрен смеситель, куда из электролизной установки подаётся Da
гипохлорига натрия с концентрацией активного хлора 10-12 r/л.
°Р
Из резервуара поз. Е34 насосом поз. Н35 вода подастся на сорбционнь
угольные фильтры поз. ФЗб, где питьевая вода освобождается от различнь"
привкусов и запахов. После фильтров поз. Ф36 вода направляется *
фильтры-десорберы поз. Ф37 для стабилизации питьевой воды и далее в
резервуар запаса питьевой воды .
Фильтры поз. ФЗб и поз. Ф37 —однокамерные цилиндрические аппараты с
приварными днищами
и верхним и нижним распределительными
устройствами. Корпус фильтра снабжён двумя люками. К нижнему днищу
фильтра приварен штуцер для гидравлической выгрузки фильтрующего
материала, штуцер для гидрозагрузки фильтрующего материала приварен
вверху цилиндрической части корпуса фильтра.
Воздух, скапливающийся в верхней части фильтра, периодически
отводится в сливную воронку через трубу с вентилем, вваренную в верхнее
днище. В фильтры поз. ФЗб загружен активированный уголь марки АГ-3, а
в фильтры-десорбсры - мраморная крошка.
Верхнее распределительное устройство предназначено для подвода
обрабатываемой воды, а также для удаления
промывной воды при
взрыхлении фильтрующего
материала.
Нижнее распределительное
устройство обеспечивает равномерный сбор обработанной воды, а также
равномерное распределение взрыхляющей воды по сечещпо фильтра.
Для взрыхления фильтрующего материала в процессе работы
периодически примерно 1 раз в 15 суток в течение 6-8 минут проводится
взрыхляющая промывка фильтрующего слоя фильтров поз. ФЗб и 37 водой
питьевого качества в направлении потока «снизу вверх». Вода на промывку
подаётся из резервуара поз. Е40 насосом поз. Н41. Ёмкость поз. Е40 - это
цилиндрический резервуар с плоскими днищами. Промывная вода после
промывки фильтров поз. ФЗб и 37 сбрасывается на стадию предочистки в
резервуар промывных вод поз. Е13.
3.4. Электролизная установка
В качестве исходного сырья для получения гипохлорита
применяется 26%
готовый раствор
поварешюй соли с эстакМе в
солерастворения отделения очистки рассола. Он поступает по
^ ^
баки хранения готового раствора соли. Для предотвращения ос
220
предусматривается периодическое Перемешивание раствора соли насосами
поз. Х50. Из растворных баков раствор соли этими же насосами подастся в
бак электролизёра, где разбавляется водой до концентрации рабочего
раствора 10-12% (100-120 г/л). Для этого бак электролизёра заполняется на
2/3 водой и на 1/3 концентрированным раствором соли. Затем включается
вытяжной вентилятор и выпрямительный агрегат и на токоподводяише
электроды электролизёра подастся ток. Перед пуском электролизёра в работу
необходимо открыть заслонку на воздуховоде. Выходящие при работе
электролизёра газы удаляются в атмосферу с помощью принудительной
вытяжной вентиляции, зонт которой установлен над электролизёром.
Для обеспечения суточной потребности в активном хлоре достаточно од­
ного электролизёра при его работе в течение б часов в сутки.
Готовый раствор гипохлорита натрия через сливной вентиль поступает в
бак-хранилище для сбора готового раствора, откуда через поплавок отбира­
ется дозирующими насосами и подастся к точкам ввода.
Для обработки питьевой воды прнпято одновременное дозирование гипохлорита в две точки на первичное и вторичное хлорирование. Первичное и
вторичное хлорирование осуществляется насосомя-дозатороми. На первич­
ное хлорирование раствор подаётся по эстакаде в корпус приготовления пи­
тьевой и технической воды. На обеззараживание питьевой воды раствор ги­
похлорита поступает в трубопроводы питьевой воды, подающие воду в ре­
зервуары запаса питьевой воды. Трубопроводы проложены в земле.
Контрольные вопросы
1. Физико-химические основы водоподготовки в производстве соды.
2.Классификация природных вод.
3.Раскажите принцип работы осадателя,
— бгОё1
я схема получения питьевой воды.
221
ГЛАВА XIV. ОХРАНА ОКРУЖАЮ ЩЕЙ СРЕДЫ
В производстве кальцинированной соды имеются газообразные жи
твердые отходы и выбросы в окружающую среду.
’
Ис И
Сточные воды
В процессе получения кальцинированной соды образуются стою
ды, не требующие специальной очистки - условно-чистые, и загрязнс^ В°"
Общее количество сточных вод зависит от применяемой системы волосик
жения. При использовании системы водооборотного водоснабжения c d
годовое количество сточных вод па производство 1 т кальцинированной с*1'"
составляет примерно 10,5 м3, в том числе не требующих специальной очи^'
ки - 0,5 м3 и загрязненных - до 10 м3. Если же использовать схему с последа"
вательным использованием воды, то количество сточных вод составит 90°
110 м3/т, в том числе не требующих специальной очистки - 80-90 м3 и за­
грязненны х-до Юм3.
Сточные воды, не требующие специальной очистки, используются в каче­
стве теплоносителя для охлаждения продуктов и аппаратуры. Эти воды име­
ют повышенную температуру 30-40°С и практически не загрязнены. Основ­
ным потоком загрязненной воды является дистиллерная жидкость, количе­
ство которой составляет до 8,5 м3 па 1 т соды.
Составы дисгиллсрных жидкостей приведены в таблице 47.
Таблица 47. Составы дистиллерных жидкостей содовых заводов
Показатели
Хлорид кальция
Хлорид натрия
Сульфат кальция
Гидрокенд кальция
Взвеси
Аммиак
Диоксид углерода
Карбонат кальция
Гидроксид магния
Концентрация примесей в
дистиллерной жидкости, г/л
1 1 8 -125
5 8 ,6-80,0
2,0 -2.7
1 ,6 -2 ,3
1 5 ,0 -2 6 3
0 .0 6 -0 ,1 7
до 4,0
_
_
Диоксид кремния и ве­
щества, нерастворимые в
соляной кислоте
Состав взвешенных ве­
ществ дистиллерной жид­
кости. % масс.
.
20-25
2 0-27
-
до 45
1- 2
6 -7
__—
___________
6 - 7 ______
Как видно из приведенных данных, количество и состав сточных вод
могут изменяться в значительных пределах в зависимости от качества
222
исходного сырья, вида и состояния оборудования, а также от применяемой
системы водо-снабжения.
J
Дистиллерная жидкость содержит значительное количество хлорида
каль-ция и хлорида натрия. Плотность дистиллерной жидкости составляет
I 145 кг/дм3.
При производстве 1 т калышнированной соды
с
дистиллерной жидко-стыо сбрасывается до 1,1 т хлорида кальция и до 0,7 т
хлорида натрия.
В процессе производства кальцинированной соды образуются также
мснсс загрязненные сточные воды, так называемые “слабые" жидкости - 1 м3
па 1 т соды, содержащие пеболыпое количество аммиака, соды, карбоната и
хлорида аммония. К ним относятся: сточные воды из холодильника н
промывателя газов содовых печей, конденсат из конденсатора дистилляции и
холодильника газов дистилляции и сточная вода из промывателя воздуха
фильтров.
При очистке рассола от солей кальция и магния образуется осадок
гидро-ксида мапгая и карбоната кальция в количестве 20 - 30 л на 1 м3
очищенного рассола. Общая щелочность составляет 119 н.д., содержание
хпор-иопа - 92 н.д. В шламе содержится 265 - 295 r/л хлорида натрия, до 295
г/л карбоната кальция и около 40 - 50 г/л прочих примесей: гидроксидов
магния, кальция и др.
Очистка и использование сточных вод
Шла.и из отделения рассолоочистки - разбавляется водой до
соотношения Т : Ж = 1 : 6 и перекачивается в накопитель промышленных
отходов. Количество этого шлама 1,3 - 2 м3/ час для содового завода
производительностью 100 тыс. т соды в год.
"Слабые" жидкости. Часть "слабой” жидкости охлаждается в
холодильниках и затем подастся на орошение коллектора и холодильника
газа содовых печей. Для удалепия из “слабой" жидкости аммиака и диоксида
углерода осуществляется сё дистилляция в дистиллере “слабой” жидкости с
помощью острого пара. Содержание аммиака в жидкости, выходящей из
ДСЖ, не должно превышать 85 мг/л. Горячая жидкость из ДСЖ используется
для гашения извести при приготовлении известкового молока. После
охлаждения “слабая” жидкость используется для промывки бикарбоната
натрия на вакуумфильтрат.
Дистиллерная жидкость. На всех содовых заводах, работающих по
аммиачному методу, сооружаются шламопакопители - “белые моря ,
предназначенные для сброса дистиллерной жидкости.
В
этих
шламоиакопителях пронсхо-днт осаждение взвешенных примесей и
накопление дистиллерной жидкости.
В целом же, при
решении проблемы безопасного сброса
или
Использования отходов содового производства аммиачным методом в
Настоящее время имеются следующие направления:
223
1) возможность их подземного захоронения в отработатгых нсфТ
пластах при расположении действующих заводов вблизи НСфт,"ГЫ5(
месторождений или в глубинных выемках земли ниже водонос'”’0'
горизонтов, а также испол ьзование хлоридных отходов для закотупд101
заводнения на действующих нефтяных месторождениях.
ог°
Дистиллерная жидкость может быть сброшена через буровые скваяап
глубокие, надежно изолированные на большой площади водоносные
*
горизонты. Сточные воды целесообразно закачивать на глубину 1000 - коп
м, на которой практически отсутствует водообмен и находятся воды, по
химическому составу близкие к составу дистиллерпой жидкости.
Экономические показатели закачки дистиллерной жидкости в подземные
горизонты зависят от расстояния транспортировки к району закачки и от
приёмистости скважин при технически приемлемом давлении в устье
скважины.
2) сброс в естественные накопители большой ёмкости или в сооружаемые
на непригодных для сельского хозяйства землях с принятием мер по их
гидроизолированию. Накопитель промышленных отходов Кунградского
содового завода рассчитан на поступление дистиллерной жидкости в течение
10 лет. Он состоит из двух секций. Первая секция рассчитана на прием
отходов и
осаждение твердой фазы из дистиллерной жидкости. Вторая
секция рассчитана на прием осветленной жидкости из первой секции. В
дальнейшем по мере запол-нения накопителя намечается строительство
второго накопителя промышлен-ных отходов.
3)
комбинирование производства соды и товарных продуктов,
содержащих неиспользуемый ранее ион хлора. Товарными продуктами,
получаемыми из отходов содового производства могут быть хлориды
аммония и кальция, а также мелиорант.
14. Контрольные вопросы
1.Основные виды твердых, жидких и газообразных отходов содового произ­
водства.
2.КОЛИЧССТВО и состав дистиллерных жидкостей содовых заводов.
3.Способы очистки сточных вод.
4.Методы утилизации дистиллерной жидкости.
224
ГЛАВА XV. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА
4, Пожароопасные и токсические свойства сырья, полупродуктов,
продукции и отходов производства
раствор поваренной соли обладает раздражающим действием на кожные
покровы и слизистые оболочки глаз и носа. Предельно допустимая концентрацкя в воздухе производственных помещений 10 мг/м3
Раствор известкового молока обладает раздражающим едким действием
и при попадании в глаза вызывает Стекловидный отек и резкое покраснение
конъюнктивы. При длительном воздействии на кожу вызывает язвы и шелу­
шение кожи. Предельно допустимая концентрация в воздухе производ­
ственных помещений б мг/м3 в пересчёте на СаО.
Раствор кальцинированной соды обладает раздражающим действием на
кожные покровы и слизистые оболочки глаз и носа. При длительном контак­
те возможны кожные заболевания - дерматиты. Предельно допустимая кон­
центрация аэрозоля кальцинированной соды в воздухе производственных
помещений 2 мг/м3.
Раствор гипохлорита натрия раздражает кожные покровы и слизистые
оболочки. Предельно допустимая концентрация в воздухе производственных
помещений 1 мг/м3.
Раствор полиакриламида при попадании на кожу вызывает раздражение.
Мономер полиакриламида - акриламид обладает кумулятивным действием,
то есть способностью накапливаться в организме. Предельно допустимая
концентрация полиакриламида-геля аэрозоля в воздухе производственных
помещений 10 мг/м3, акрилачида - 0,2 мг/м3.
Кислота соляная ингибированная - едкая жидкость. Дымит на воздухе.
Туман соляной кислоты раздражает верхние дыхательные пути и слизистые
оболочки глаз. При попадании на кожу вызывает химические ожоги и изъ­
язвления. Длительное действие паров соляной кислоты может вызвать катар
дыхательных путей, помутнение роговицы глаз.
Аммиак газообразный вызывает острое раздражение слизистых оболочек,
слезотечение, удушье. Струя аммиака попадая на кожу, вызывает сильные
ожоги. При высоких концентрациях возбуждающе действует на централь­
ную нервную систему. Пожаро-взрывоопасен. Температура самовоспламене­
ния 650 “С. Границы взрывчатости аммиачно-воздушных смесей: нижний
предел -15%, а верхний предел - 28% объемных аммиака
Природный газ пожаро-взрывоопасен. Температура самовоспламенения
537 °С. Пределы взрывасмосш в смеси с воздухом 5 - 15% объёмных. При
высоких концентрациях обладает наркотическим действием. В закрытом и
плохо проветриваемом помещении возможно удушье от недостатка кислоро­
да.
Оксид углерода иначе угарный газ пожаро-взрывоопасен. Пределы взрыв­
чатости в смеси с воздухом 12,5 - 74,0% объёмных. Способеп оказывать
непосредственное токсическое действие на клетки, нарушая тканевое дыха225
нле и уменьшая потребление тканями кислорода. Вызывает отравление
низма, связывая гемоглобин крови.
°РГаДиоксид углерода при концентрациях более 5% оказывает gn
воздействие па человека. Он в полтора раза тяжелее воздуха и *ДНос
накапливаться в закрытых и слабо проветриваемых помещениях и выз/***1
явление кислород-ной недостаточности и удушья.
1Вать
Натрий сернистый технический или сульфид натрия при контакте
ВЫзывает заболевание кожи. Обладает значительной токсичностью
Опа™
lu iw - ii- m u v r b io . и
ягс
=_____________
________ ____
' ч' п‘“и-ен
при
приёме
внутрь, смертельная
доза - 11ч
12 г.
Раздражает верхние дыхательные пути и слизистые оболочки глаз П
действии кислот и при гидролизе выделяет сероводород - горючий взрыво­
опасный и токсичный газ.
Аммоний кислый углекислый (бикарбонат аммония, гидрокарбонат аммо­
ния) при нагревании до 49°С разлагается с выделением аммиака и диоксида
углерода.
а
Известняк при попадании внутрь организма вызывает нарушение функ­
ции печени, снижение кислотности желудочного сока, гастриты.
Негашеная известь при контакте с водой разогревается и может вос­
пламенить горючие материалы. Пыль и аэрозоль вызывает сильное прижи­
гающее действие на кожу и слизистые оболочки. В дьиание пыли вызывает
чихание, першение в горле, боли в груди, кашель. Попадание известковой
пыли в глаза в некоторых случаях вызывает стекловидный отёк и помутнение
роговицы.
Кальцинированная сода при попадании на слизистые оболочки вызывает
раздражение. При длительном контакте возможны дерматит, изъязвления
кожи и слизистой поверхности носа, конъюнктивит. Предельно допустимая
концентрация пыли кальцинированной соды в воздухе производственных
помещ ений 0,2 мг/м3.
Едкий нат р или каустическая сода вызывает химические ожоги. При дли­
тельном воздействии мож ет привести к появлению язв и экзем. Опасен при
попадании в глаза. П редельно допустимая концентрация аэрозоля каустиче­
ской соды в воздухе производственных помещений 0,5 мг/м3.
Серная кислот а раздраж ает и обж игает слизистые оболочки верхних ды­
хательны х путей, пораж ает легкие. При попадании на кожу вызывает силь­
ны е ожоги. Является сильным окислителем. При попадании концентриро­
ванной серной кислоты на деревянные изделия, стружки и опилки может
произойти их возгорание. Предельно допустимая концентрация паров сер
ной кислоты в воздухе производственных помещений 1 мг/м .
226
2
Основные правила безопасной эксплуатации проюШспиа
для обеспечения безопасной эксплуатации производства необходимо
соблюдать следующие обязательные условия:
. допускать к работе лиц достигших 18 лет, прошедших медосмотр обу­
чение, изучивших свои рабочие места, сдавших экзамен по технике безопас
ности, технологии производства и умеющих практически применять указан­
ные нормы и правила на своём рабочем месте и получивших допуск
- не допускать нарушений технологического режима, соблюдать’требова1ШЯ технологического регламента и инструкций по рабочему месту ин­
струкции по технике безопасности, промышленной санитарии и пожарной
б езо п асн о сти ;
. ведение технологического процесса осуществлять только при
исправных
контрольно-измерительных приборах и автоматических
регуляторах и введенных защитных блокировках и сигнализации;
. ведение технологического процесса осуществлять только при постоянно
работающей
приточно-вытяжной
вентиляции,
обеспечивающей
необходимую кратность воздухообмена в производственных помещениях;
- трубопроводы, на которые распространяются «Правила устройства и
безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей водьо> и «Правила
устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов для горючих,
токсичных и сжи женных газов (ПУГ-69)» должны эксплуатироваться в
соответствии с этими правилами,
- на маховиках арматуры на газопроводах должпо быть обозначено
направле-ние вращения при открытии и закры ли арматуры;
- эксплуатация аммиакопровода при утечке газа строго воспрещается.
При обнаружении утечки газа необходимо немедленно приступить к устра­
нению утечки. При обнаружении утечки аммиака в помещении принять сле­
дующие меры: открыть все окна и двери для проветривания помещения, по­
гасить все открытые горящие огни, не включать и не выключать рубильники,
розетки и прочее электрооборудование, могущее дать искрение при включе­
нии и выключении, закрыть все газовые задвижки и крапы, кроме задвижек
продувочных свечей в атмосферу, которые наоборот должны быть открыты;
- при работе на аммиакопроводе применять инструмент, не дающий ис­
кры - омеднённый, из цветного металла и др.; используемое при этом осве­
щение должно быть во взрывобезопасном исполнении;
- не разрешается проверять герметичность газопровода и арматуры при
помощи огня, так как это может привести к взрыву и пожару. Проверку
газопроводов на утечку газа производят только при помощи мыльной
эмульсии;
- работы, связанные с химически опасными, вредными веществами, про­
водить только в защитных средствах: спецодежде, спецобуви, перчатках, за
Щитных очках, респираторе, иметь при себе противогаз;
- пе допускается использование фильтрующих противогазов при содер­
жании кислорода в воздухе ниже 20%;
227
1—
' ‘
"Н ^ М Ь Г Г Ы
R nn
продуты и охлаждены до температуры не более 30°С. Подключение
для продувок осуществляется через гибкие шлапгн или съёмные
трубопроводов, которые во время работы агрегатов должны быть ^П,аегки
штуцеры отглушены. Должен быть отобран анализ на содержаще ки0"*™’ 3
токсичных и горючих веществ;
- подтягивать фланцевые соединения, регулировать предохранит
клапаны на аппаратах и коммуникациях находящихся под давлениемСт,НЫе
щается;
запрс-
- визуально следить за состоянием крепления трубопроводов и аппао
не допуская вибрации трубопроводов. Следить за перемещением опор ГТ *’
чих труб, вызванных термическим расширением и ростом осадочных дефо"
маций. Поддерживать бесперебойную работу систем обогрева трубопровод
- постоянно наблюдать за изменением давления в трубопроводах газа известково-обжигательных печей во избежание забивки трубопровода отлага­
ющейся пылью;
- работы в ёмкостях, сосудах, приямках разрешаются только после
оформления наряда - допуска на газоопасные работы. Работы проводятся под
непосредственным и непрерывным наблюдением ответственного лица из
числа инженерно-техпического персонала цеха в присутствии газоспасателя;
- на выполнение работ, связанных с газопроводом или проводящихся в
газоопаспых местах, оформляется наряд-допуск;
- необходимо систематически проверять состояние предохранительных
клапанов;
- все средства пожаротушения, пожарное оборудование, пожарный ин­
вентарь должны содержаться в исправном состоянии и находиться на видных
местах, к ним должен быть обеспечен свободный доступ;
- необходимо систематически проверять и опробовать систему противо­
пожарного водопровода и другие средства противопожарной защиты;
- для контроля технического состояния заземляющих и зануляющих
устройств необходимо периодически проводить проверки и измерения сила­
ми электрослужбы с составлением акта;
- замена взрывозаишщенного электрооборудования электродвигателей,
электроаппаратуры, постов управления, светильников, задвижек с электро­
приводом и др., а также дополнительная установка может быть произведена
лишь на электрооборудование того же исполнения или более высокой кате
гории и группы взрывобезопасного исполнения и электроремонтвым пер
сонапом;
шов
- во время грозы рекомендуется избегать выброса взры воопаснь
через газоотводные, выхлопные и другие трубы в атмосферу;
228
. разборка и рем онт электрооборудования и электродвигателей ДОЛЖНЫ
проводиться при снятом напряжении, по предварительно разобранной электросхсмс олектрорсмонтны м персоналом, и при вывешенных плакатах;
. следует помшпъ: опасное напряжение может присутствовать даже по­
сле отключения подачи постоянного тока;
. содержать в исправности ограждение
движущихся частей и
механизмов. Работа на механизмах, имеющих открытые движущиеся части
без ограждений, защитных кожухов не допускается;
- проверка всех движущихся частей машин допускается только после их
остановки. Производить эту операцию на ходу машины не допускается;
- систематически проверять и прослушивать машины, не допускать по­
сторонних шумов и стуков;
- следить за поступлением смазки в соответствующие части механизмов;
- при проливе масла следует проводить уборку путём засыпки песком
пролива и последующим удалением в специально отведенное место;
. содержать в исправности средства автоматизации, контроля, сигнализа­
ции;
- запрещается эксплуатировать неисправное оборудование и оборудова­
ние с неисправными приборами контроля;
- огневые работы проводить в соответствии с инструкцией по проведению
огневых работ с оформлением разрешения;
- курить разрешается только в специально отведённых и оборудованных
ме-стах;
- содержать в чистоте территорию производства. Отходы производства
мусор, промасленные обтирочные материалы должны удаляться в специаль­
но отведённые места ежесменно;
- горючие жидкости и материалы - масло, обтирочные концы и др. хра­
нить в специальной таре и специально отведённых для этого местах и в ко­
личествах, не превышающих суточной потребности;
- запрещается загромождать проходы, подступы к средствам пожароту­
шения и оповещения о пожаре, к лестничным клеткам;
- содержать в исправности лестницы, переходные площадки и огражде­
ния.
- все рабочие места должны иметь достаточное освещение, контрольноизмерительные приборы
должны быть установлены в удобных для
наблюдения местах, а также хорошо освещены;
- все открытые вращающиеся и движущиеся части машин и механизмов
Должны иметь защитные ограждения; смазка и ремонт механизмов па ходу
не допускаются;
- аппараты и трубопроводы, температура поверхности которых
превышает 45°С в помещении и 60°С на открытой площадке, должны оьпъ
изолированы;
- не допускать подтягивание фланцевых соединений на аппаратах и
трубопроводах, находящихся под давлением;
229
- флашевые соединения трубопроводов и аппаратов, в
содержится или по которым транспортируются едкие жидкости ПТ0,>1В!
быть закрыты защитными кожухами;
’ 01а<НЫ
- открывать запорные устройства задвижки, краны, вентили ила
рывков, избегая гидравлических ударов;
10
- отогревать замерзшие или закристаллизовавшиеся трубоп
только с помощью пара, предварительно отключив отогреваемый уЧа1т°0Щ’1
работающей системы, сбросив давление;
к от
- для предотвращения возможности образования взрывоопасных см
внутри аппаратов и трубопроводов, содержащих аммиак, перед nycK°CCli
работу их необходимо продуть паром;
мв
- при остановке па ремонт отделения абсорбции на линии газообразн
аммиака на входе в отделение должна бьггь установлена отключают™
заглушка с записью в спецжурнале;
- во всех случаях, когда содержание вредных газов и паров в
окружающей среде превышает предельно-допустимую концентрацию
обслуживающий персонал должен применять индивидуальные средства
защиты;
- работать в установленной нормами спецодежде и других средств
защиты рабочих;
содержать в исправности первичные средства пожаротушения,
аварийный запас инструментов и противогазов.
3.
Основные виды опасностей содового производства
Основные виды опасностей, имеющихся в производстве кальцинирован­
ной соды:
- наличие вредных веществ: пыль известняка и негашеной извести, пыль
содовая, пыль хлорида натрия и др. веществ; известковое молоко, соляная
кислота, полиакриламид, раствор поваренной соли (рассол), раствор кальци­
нированной соды, раствор сернистого натрия, раствор серной кислоты, рас­
твор едкого натра, раствор гипохлорита натрия, дистиллерная жидкость, ма­
точный раствор, природный газ, газ известково-обжигательных печей, газ
кальцинаторов, аммиак жидкий и газообразный, газы дистилляции;
- наличие пожаро-взрывоопасных веществ - смеси природного газа с
воз-духом;
- наличие электрооборудования;
- наличие движущихся и вращающихся частей механизмов, подъе
транспортного оборудования;
„„„„«..тем
- наличие пара давлением 31 ат с температурой 23б°С и пара
14 ат с температурой 197,4°С;
_тппых имеет
- наличие трубопроводов и оборудования, поверхность к
температуру выше 45°С;
попадании па те- термические и химические ожоги, возникающие пр
ло жидкого аммиака;
230
. мпогоэтажность обслуживаемых сооружений
Н аруш ения требований безопасности и норм технологического реж и м а
персоналом м огут п ри вести к следую щ им последствиям. к отравлению оксидами углерода, аммиаком, сероводородом, вы деля­
ющимся при гидролизе сульфида натрия, полиакриламидом. к терм ическим ожогам при гашении извести и отходящими газами и з
известково-обжигательных печей, при контакте с горячими поверхностям и
паропроводов, трубопроводов с горячими газами и жидкостями, при вы ходе
пара через неплотности и разрывы;
- к хим ическим ож огам пылью извести, известковым молоком, содой и
содовыми растворами, соляной и серной кислотами;
-
к проры ву природного газа в атмосферу с последующим возгоранием ,
взрыву смеси природного газа и воздуха;
к пораж ению электротоком,
к механическим травмам,
падению с высоты,
- к гидравлическим ударам с разрушением трубопроводов и аппаратов
при несоблю дении правил приема пара. Особенно в случае использования
для этого бы стродействую щ ей арматуры;
- к неисправности системы приточно-вытяжной вентиляции.
О бслуж иваю щ ий персонал должен быть
обеспечен средствам и
индивидуальной защ иты согласно «Типовым отраслевым нормам выдачи
специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной
защиты
рабочим и служащим предприятий ГАК «У зкимёсаноат»,
утвержденными в 1993 г.:
- ф ильтрую щ им противогазом марки «СО», противогазами марки «КД »
или «М» для защ иты от аммиака, противогазами марки «БКФ» или «В» для
защиты от паров соляной кислоты. При пользовании противогазом необхо­
димо знать и соблю дать сроки работы противогазной коробки, а перед рабо­
той проверять герм етичность противогаза;
- пластм ассовой защ итной каской или шлемом,
- противопы левы ми респираторами,
- защ итны ми очками,
- защ итны м щ итком,
- спецобувью ,
- резиновы ми перчатками и рукавицами,
- спецодеж дой (суконны м или хлопчатобумажным костюмом),
- прорезиненны е ф артуки и нарукавники при работе ; жидким аммиа-
Ч.
7
К
П ри подготовке к вводу производства в эксплуатацию необходимо.
• подготовить пусковы е инструкции для эксплуатационного персон ал а
ПО пуску и наладке работы каждого отделения содового производства;
231
- оборудование и коммуникации подвергаются производствен!
питаниям с составлением соответствующих актов о готовно ^ Вс‘
рудования к пуску;
^ ° 6сь
- укомплектовать все отделепия подготовленными кадрами
утвержденного штатного расписания;
СОГ1>асво
- установить в местах, предусмотренных пожарной частью
средства пожаротушения;
’ рвичные
- перед закрытием крышек и люков аппаратов произвести внутп
осмотр аппаратов - проверить правильность монтажа, завсщщГМНИЙ
работ, отсутствие посторонних предметов внутри аппаратов п НОеТЬ
ны. При необходимости промыть водой;
’
в,к'
- промыть, продуть трубопроводы. Диафрагмы, регулирующие клав
ны, дроссели, элементы фильтров, обратные клапаны вместе с ко *"
сами должны быть сняты, заменены на вставки и установлены об
но после окончания промывки, продувки, испытаний;
Т
- проверить снятие всех заглушек, устанавливаемых па период подго­
товки оборудования к пуску, а также установку заглушек, предусмот­
ренных на период нормальной работы, и отметку снятия или установ­
ки в специальном журнале;
- в процессе проведения пусковых операций перед включением в ра­
боту аппарата или трубопровода проверить его готовность, правиль­
ность подсоединения к работающей части отделепия и отключения от
неработающей, наличие и работоспособность всех контрольно­
измерительных и регулирующих приборов, подключение систем сиг­
нализации, а также предохранительных клапанов. Перед началом пус­
ка вся регулирующая и отсечная арматура должна бьггь закрыта;
- проверить исправность защитного заземления;
- проверить наличие телефонной связи со всеми взаимосвязанными це­
ха-ми и отделениями и громкоговорящую связь на рабочем месте;
- перед началом пусковых работ принять электроэнергию, технологиче­
ский воздух КИПиА, оборотную воду, пар, природный газ. Убе­
диться, что качество и параметры принимаемых сред соответствуют
установленным нормам;
- произвести обкатку насосов, вентиляторов, газодувок, компрессоров,
- произвести обкатку конвейеров и элеваторов;
- произвести пробный пуск по каждому отделению;
- произвести совместный пробный пуск на водных средах;
- произвести совместный пуск производства на псевдоматочяом ра
ре и донной соде.
232
IS Коптрольпые вопросы
I. п д к сырья, полупродуктов, продуктов и газообразных
содовоМ’производс-гнг,
«ходов в Воздухе
2 .Основные правила безопасности эксплуатации производства
ванной соды
м а кальЦННироЗ.ВИДЫ противогазов, используемых в производстве кальцинированной
4,ОсновНЫе виды опасностей содового производства.
Я С0ДЬ1
233
ГЛАВА XVI. ПУТИ СОВЕРШ ЕНСТВОВАНИЯ ПРОмэ
СТВА КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ
ВоД-
4.. Совершенствование техники и технологии
За более чем 140 с небольшим лет существования с 1864 г гшо
кальцинированной соды аммиачным методом её технология и ЗВ0Дсгва
очень мало:
енилась
- появилась очистка сырого рассола,
- добавилась предварительная карбонизация аммонизированного рас
- осуществлена раздельная дистилляция фильтрата и слабых жидкостТ’
В технике же произошли более существенные изменения'
- резко возросла производительность стандартного содового элемента
600 тыс. тонн соды в год,
до
- внедрено подземное выщелачивание поваренной соли и был внев
«пщровруб»,
*кв
- осуществлена безретурная кальцинация бикарбоната натрия,
- взамен печей кальцинации были внедрены паровые кальцинаторы
большой единичной мощности барабанные вращающиеся и стационарные с
«кипящим» слоем,
внедряется более современная аппаратура пластинчатые
теплообменники, колонны с провальными тарелками, более мощпые вакуумфильтры. которые используются совместно с центрифугами для
дополнительной осушки бикарбоната до 8-9% влаги,
- для защиты аппаратов от коррозии хлоридами натрия, кальция, аммония
и др. внедряются теплообменные трубы из титана и из нержавеющей стали
марки Х18Н10Т, а также трубы из полимерных материалов и
стеклопластиков.
2 ,
П ут и ум еньш ения количест ва ж идких отходов
Серьёзным недостатком содового производства является наличие
большого количества жидких отходов. На 1 тонну кальцинированной соды
сбрасывается до 8,5 м3 дистиллерной жидкости. В этом количестве жидкости
содержится около 1 т хлорида кальция и 0,5 т хлорида натрия _Эта
жидкость сбрасыва-ется
в шламонакопитсль («белое море»)
шламонакопитель вмещает до 16 млн. м 3 жидкости. В настоящее врс^
существуют несколько основных путей ликвидации или умень
количества жидких отходов.
1-ый путь - применятся в тех случаях, когда невдалеке
завода протекает полноводная река. Весной в полноводье
жидкость из шламонакопителя сбрасывается с паводковыми
этом происходит многократное разбавление дистиллер
паводковыми водами.
234
содового
|ая
( Пр,|
^ д КоСТи
2 -ой путь - закачка дистиллерпой жидкое™ в отбросные нефтяные
скважины и в глубинные пустоты, если таковые имеются поблизости
3 -ий путь - комбинирование производства кальцинированной соды с
получением товарных продуктов, содержащих неиспользуемый ранее нон
хлора - хлорида аммония и хлорида кальция.
4 - ый путь - использование новых видов сырья.
Производство кальцинированной соды и хлописгот капщ...
Потребителями хлористого кальция являются: строительство дорог и
содержание их в зимнее время - борьба с гололедицей, строительная
индустрия, где добавка хлорида кальция к бетону увеличивает скорость
схватывания бетона, а также позволяет производить бетонирование в
зимних условиях, угольная промышленность для обогащение углей,
горнодобывающая отрасль при флотации. Примерный состав дистиллерной
жидкости приводится в таблице 48.
Таблица 48. Состав дистиллерной жидкости, в %масс.
Фаза
Жидкая
Твердая (взве­
шенные частицы)
Хлорид
кальция
11.2
-
Хлорид
натрия
4,1
-
Сульфат
кальция
0,1
0,3
Гидроксид Карбонат
кальция
кальция
-
0,4
-
1,0
Хлорид кальция может быть получен двух видов: жидкий и твердый.
Процесс производства жидкого хлорида кальция состоит из следующих
стадий:
1) отделение взвешенных частиц из дистиллерной жидкости;
2) карбонизация жидкости;
3) очистка дистиллерной жидкости от иона S042;
4) упаривание очищенной жидкости;
5) отделение выпавших при упаривании жидкости кристаллов поваренной
соли;
6) растворение кристаллов поваренной соли с получением
концентрированного раствора.
Для получения хлорида кальция дистиллсрную жидкость после освегления
упаривают в вакуум-выпарных установках. При упаривании
концентрация хлорида кальция повышается с 11 до 38%. При этом в процессе
упаривания поваренная соль как менее растворимая выпадает в осадок, а
раствор после её отделения упаривают до выделения в твердую фазу
кристаллогидрата СаС122Н20 или отправляют потребителям в виде 38 /о-ного
раствора без дополнительного упаривания.
235
Наличие в жидкости сульфата кальция осложняет процесс вьт
как гипс отлагается в греющих камерах выпарных аппаратов - 0 0 ^ ™ ’ ^
инкрустация. Чтобы её предотвратить, выпарку проводят в д в е ИсхоДИт
сперва до концентрации 19% хлорида кальция и при этом сульфат СТадни:
выпадает в твёрдую фазу и его отфильтровывают. После этого КаЛЬ101я
направляют на вторую стадию выпарки, добавляя к нему Ис'1аСГв°Р
количество
твердого гипса для «затравки». Выделяющий ОТОрое
последующем упаривании гипс кристаллизуется на частицах «зато Я ПРН
поэтому загрязнение греющих камер выпар-ных аппаратов
"
минимальным.
УДст
Твёрдый чешуированный хлорид кальция получают выпарив
жид-кого хлорида кальция до состояния плава с последу3™'”
кристаллизацией че-шуированием плава, термической закалкой^
охлаждением полученньк чешуек.
н
Производство кальцинированной соды и хлористого аммпш...
Один из путей ликвидации жидких отходов - это отказ от регенерации
аммиака из хлорида аммония. В этом случае хлористый аммоний - это также
готовый продукт, наряду с содой.
Однако
в этом случае аммиак
превращается из вспомогательного материала в многотоннажнос сырьё. В
этом случае рядом с содовым заводом необходимо иметь производство
аммиака, с которого на содовый завод будут подавать и аммиак и диоксид
углерода.
Для производства кальцинированной
соды при таком
комбинировании не нужен известняк, так как отпадает необходимость в его
обжиге и не требуется известковое молоко, так как не проводится
регенерация аммиака из фильтровой жидкости. То есть существенно
упрощается технологическая схема содового производства.
Однако потребность в хлористом аммонии не велика. Из-за наличия в
нём хпориона он пе паходит широкого применения в сельском хозяйстве в
качестве азотного удобрения. Правда, в рисосеющих странах он находит
применение под рис, так как в специфических условиях выращивания риса
он более эффек-тивен, чем распространенные азотные удобрения, такие как
сульфат аммония, аммиачная селитра и карбамид. Хлорид аммония может
выпускаться двух видов: технический и удобрительный.
Состав фильтровой жидкости, в г/л :
хлориды - 160-165; аммиак - до 2 0 ; соли аммония - 50-55; сульфиды 0 ,0 1 - 0 , 1; взвешеппые в ещ ества-до 10 .
Процесс получения технического хлорида аммония основан на методе
высаливания и состоит из следующих стадий:
1) насыщение фильтровой жидкости аммиаком;
2 ) карбонизация аммонизированного рассола;
3 ) насыщение фильтровой жидкости поваренной солью;
4 ) осветление получешюго раствора;
5 ) охлаждение раствора и кристаллизация хлорида аммония,
236
[
/
6) отделение кристаллов хлорида аммония на центрифуге и их промывка:
7 ) сушка и упаковка хлорида аммония.
для снижения растворимости зиюрида аммония в фильтровую жидкость
вначале вводят ионы аммония ОТЦ пугём аммонизации. Свободный аммиак
не связанный с диоксидом углерода повышает растворимость хлорида
аммония. Поэтому аммонизированный раствор подвергают карбонизации
При рас-творении твердого хлорида натрия и охлаждении до минус 5-Ю°С
из раствора кристаллизуется почти весь хлорид аммония. В результате
высаливания хлори-да аммония получают аммонизированный рассол,
содержащий примерно 94 н.д. хлорида патрия. Этот рассол пригоден для
дальнейшей карбонизации и осаждения гидрокарбоната натрия в
осадительной колонне. Маточник после осаждения гидрокарбоната натрия
поступает на аммонизации» и таким образом цикл замыкается.
Удобрительный хлорид аммония получают методом упаривания фильтро­
вой жидкости. Недостатком этого метода является необходимость
применения для выпарной аппаратуры и коммуникаций такого
дорогостоящего коррозионностойкого материала как титан. Процесс
получения тукового хлорида аммония состоит из следующих основных
стадий:
1) очистка фильтровой жидкости от ионов железа с помощью гидросульфита
натрия;
2) дегазация очищенной фильтровой жидкости для предотвращения потерь
легко разлагающихся при нагревании карбоната и бикарбоната аммония и
др.;
3) приготовление смешанного раствора из дегазированной жидкости и
маточного раствора, полученного после отделения кристаллов хлорида
аммония;
4) упаривание смешанного раствора в выпарной установке с целью концент­
рирования раствора и выделения поваренной соли;
5) отстаивание, центрифугирование, промывка и сушка поваренной соли. На
одну тонну хлорида аммония получается до 440 кг пищевой поваренной
соли;
6 ) кристаллизация хлорида аммония путем охлаждения и концентрирования
раствора в результате адиабатического испарения влаги при постепенном
понижении давления над раствором;
7) отстой и центрифугирование, сушка и упаковка хлорида аммония;
8 ) абсорбция выделяющихся при дегазации газов и паров аммиака рассолом
с получением кондиционного аммонизированного рассола используемого
в содовом производстве.
Состав хлорида аммония получаемого по методу упаривания приведен в
таблице 49.
237
Таблица 49. Состав хлорида аммония получаемого по мето
упаривания
™
Компопсвт
N1UCI
N aiSO j
NaCl
Н-О
Во влажпом
продукте
91,8
2,6
0.6
5.0
В сухом
продукте
96.63
2,74
0.63
-
.............
размолаи
сортировки пластинок хлорида аммония в качестве готового п
отбирают час-типы размером 1 - 3 мм.
Получение кальцинированной соды и хлопа
Предложен процесс регенерации хлористого аммония с использованием
ок-сида магния. Вначале полученный упариванием хлорид аммония
разлагают при температуре 550°С на аммиак и хлористый водород;
NHjCl = NH 3 + НС1
(9 6 )
Затем полученная смесь этих газов
магния. При этом
хлор из хлористого
магния в виде хлорида магния;
при 450°С реагирует с оксидом
водорода связывается с оксидом
MgO + 2 НС1 = MgCl2 + Н20
(97)
Образовавшийся хлорид магния далее окисляется кислородом при 680°С
с получением хлор-газа и оксида магния:
MgCl2 + Vi 0 2 = MgO + Cl2
(98)
Полученный оксид магния снова используется в процессе.
Другой модификацией этого способа является разработка НИОХИМа.
Осаждённый твердый хлористый аммоний обрабатывают окисыо магния при
температуре 350°С. При этом протекает реакция:
2NH.C1 + MgO = MgCl2 + 2 NH 3 + НгО
(99)
Выделяющийся при этом аммиак возвращают в содовое производство, а
хлорид магния окисляют кислородом при температуре 650°С по реакции
(98). Регенерированный оксид магния возвращается в производство.
238
Получение к ал ь ц и н и р о в а т ь год , „
------
Твёрды й хлористы й аммоний взаимодействует с хлоридом цинка
получением аммиаката ципка и соляной кислоты .:
NH4CI + ZnClj = ZnClyNHj + НС1
(100)
Аммиакат цинка затем разлагается при нагревании на хлорид цинка и
аммиак, возвращаемые в производство.
П о л у ч е н и е с о д ы и х л о р п р о д у к т о в с использован ием гилпокгиря м а г щ
Одним из вариантов создания малоотходной технологии получения
каль-цинированной соды является схема с использованием гидроксида
магния вместо гидроксида кальция для регенерации аммиака из фильтровой
жидкости:
2NH4C1 + Mg(OH>2 = MgClj + 2ЫН3 + 2НгО
Далее хлорид магния подвергается гидролизу :
M gC h + 2Н20 = Mg(OH)2 + 2НС1
При такой схеме регенерации аммиака в цикле находится постоянное
количество оксида магния. Некоторое количество оксида магния вводится в
цикл для восполнения потерь.
Побочной стадией процесса является выделение хлорида натрия из
дистиллерной жидкости при упаривании.
На основе хлористого водорода выделяющегося при пиролизе хлорида
мапптя возможна организация безводного хлорида кальция. Для этой цели
моясно использовать карбонат кальция, являющийся отходом известковых и
меловых карьеров (мелочь):
СаСОз + 2НС1 = СаСЬ + С 0 2
Безводный хлорид кальция находит применение в производстве новых
видов цементов низкотемпературного обжига - аленитов.
Важным достоинство предлагаемого процесса является возможность
получения высококонцентрированного диоксида углерода. Причем в
количестве достаточном для производства кальцинированной соды.
Это позволяет исключить из технологической схемы получения
кальцинированной соды аммиачным методом стадию обжига известняка и
сократить количество неиспользуемых отходов в известковых карьерах,
также ликвидировать твердые и жидкие отходы содового производства.
239
При реализации этой схемы возможна организация произв
кормвого и удобрительного преципитата (дикальцийфосфата), сыпь ДСТВа
которого яв-ляются фосфориты и хлористый водород. Это значит ^
улучшит технико-экономические показатели содового производства СЛ1Н°
Получение соды и гексаметилентетпаминя
М. Ж. Жуманиязов в докторской диссертации на тему «Химия и техн
гия антикоррозионных материалов на основе промышленных отходов» fasi
разработал физико-химические основы и предложил технологию п
ботки отходов содового производства. Термодинамическими расчетами*'
экспериментальными исследованиями он установил возможность протекаИ
ния реакций конденсации аммонийных солей минеральных кислот с До*
мальдегидом. На основе этих исследований предложено перерабатывать
фильтровую жидкость, содержащую хлорид и карбонаты аммония в гсксаметилентетрамин (ГМТА) и соляную кислоту. Автором предлагается ре­
структуризация содового производства на выпуск в качестве готовой про­
дукции, как самой кальцинированной соды, так и оксида кальция, соляной
кислоты и ГМТА, что по выводам автора позволяет создать безотходную
технологию производства кальцинированной соды аммиачным способом
Однако у предлагаемого способа имеется ряд серьезных недостатков:
аммиак из вспомогательного продукта превращается в многотоннажное сы­
рье; полная переработка фильтровой жидкости приведет к выпуску значи­
тельных количеств ГМТА, что потребует создания инфраструктуры по его
переработке; получаемая в предложенном процессе соляная кислота будет
иметь концентрацию менее 10 %, что затрудняет её транспортировку к ме­
сту потребления и дальнейшее использование без дополнительных значи­
тельных энергозатрат.
Производство мелиоранта и кормовой минеральной добавки
При применении ряда минеральных удобрений для повышения
урожайности сельхозкультур происходит постепенное подкисление почвы.
Для нейтрализации этой кислотности, а также для окультуривания кислых
щелочных почв в них вносят известковые мелиорирующие вещества. Эти
известковые материалы являются также основой кормовой м и н е р а л ьн о й
добавки для живот-ных и птиц.
В производстве кальцинированной соды из вторичных карбонатных продуктов можно получить мелиорант, который по своей эффективности част
превосходит такие известные мелиоранты, как известковая мука,
>
дефекат, мел и др. Это объясняется более высокой активностью'
кальция в твердой фазе дистиллерной суспензии, то есть в шламе, лу
его физическим сос-тоянием и наличием в нем серы и магния.
240
К орм овая м инеральная добавка
производства такж е
з а м е н я е т м ел
ЖИВОТНЫХ и п т и ц .
и з вторичны х отходов содового
в рационе сельскохозяйственны?
Процесс получения мелиоранта заключается в следующем: дисталлепн™
жидкость направляют в отстойник, сгущенный осадок из отстойника
поступает
на фильтр-пресс. Отфильтрованный осадок поступает в
смеситель, в который подается часть готового продукта в качестве рстура.
Полученную смесь направляют в барабанную сушилку, где высушивают до
остаточной влажности 8%. Высушенный материал
измельчается в
молотковой дробилке и отправляется на склад.
Использование новых видов сырья
^ И сп о л ь зо в ан и е доломита взамен известняка
В НИОХИМе предложен способ получения кальцшшрованной соды с
использованием доломита C aC 0jM gC 03 вместо известняка. При обжиге
доломита получаются оксиды кальция и магния. При регенерации аммиака в
реакцию с хлоридом аммония будет вступать оксид кальция, как более
растворимый компонент, чем оксид магния, так как обжиг доломита
проводится при значительно более высоких температурах, чем это требуется
для обжига карбоната магния. В результате в процессе дистилляции будет
получаться суспензия, содержащая в растворе хлорид кальция и хлорид
натрия, а в осадке - оксид магния.
Если эту суспензию подвергнуть карбонизации, то произойдёт реакция
получения хлорида магния и карбоната кальция:
СаС12 + M gO + C 0 2 = MgCl2 +СаСОз (101)
Карбонат кальция, как наименее растворимый, выпадает в осадок в виде
оса-ждённого мела. После удаления осаждённого мела раствор, содержащий
в ос-новном хлорид магния и хлорид натрия упаривают. В процессе упарки
сначала выделяется в осадок хлорид натрия, который отделяют, а затем, при
Дальней-шем упаривании,
выпадает кристаллогидрат хлорида магния
MgCl26H20 - би-шофит, который можно использовать для получения
хпорат-магниевого дефо-лианта или для получения металлического магния.
7 ^ Использование сульфата натрия
При проведении процесса аммопизации и последующей карбонизации
раствора сульфата натрия протекают процессы аналогичные тем, что
протекают при аммонизации и карбонизации хлорида натрия.
Na2SQ4 + 2NH3 + 2 С 0 2 + 2 НУЭ = 2NaHC03 + (NHrbSO*
241
(95>
В этом случае вместо хлористого аммония получается сульфат амм
который является широко применяемым азотным удобрением о
раство-римость сульфата натрия особенно в аммонизированных па
значнтель-но ниже, чем хлорида патрия. Поэтому для достиж°Ла*
оптимальных концентращШ сульфат-иона в жидкости, выходящСйеНИЯ
карбоколшшы, приходится подавать в колонну суспензию сульфата на Ш
а не его гомогенный раствор. В процессе карбонизации осажда
бикарбонат натрия и растворяется сульфат натрия. Это осложняет Dafi *
карбонизации. Кроме того, для разделения оставшегося в фильто ^
неиспользованного сульфата натрия и образовавшегося сульфата аммог *
пут£м упаривания из раствора приходится предварительно удалять часть
сульфата натрия охлаждением раствора до минус 10°С, что дополнительно
усложняет процесс. Коэффициент использования натрия не превышает 60%
Использование гексаметилснимина
В МХТИ им. Д.И.Менделеева были проведены исследования по
применению вместо аммиака гекаметиленимина:
NaCl + (CH 2)<>NH + СОг + Н 2О = NaHCOj + (СН2)б NHHC1 (96)
В этом случае вместо хлористого аммония наряду с бикарбонатом натрия
получается гидрохлорид гексаметилснимина. Регенерацию гидрохлорида
гексаметиленимина проводят также известковым молоком. В присутствии
гекса-метиленимина уменьшается растворимость бикарбоната натрия.
Поэтому в карбонизации повышается степень выделения бикарбоната
натрия: вместо 70 - 75 % в обычном аммиачном способе она в этом случае
достигает 90 - 95%. Это позволяет повысить степень использования натрия и
уменьшить содержание хлорида натрия в дистиллерной жидкости.
р
Получение соды и поташа из сильвинита
В МХТИ им. Д.И.Менделеева предложен способ переработки сильвинита
с получением соды и поташа К2СО3. Карбонизацией водных растворов
сильвинита (NaCl К С 1) в присутствии гексаметиленимина при определённых
соотношениях хлоридов натрия и калия можно выделить в твердую фазу
бикарбонат натрия, а затем после корректировки состава продолжая
карбонизацию, можно выделить в твёрдую фазу и бикарбонат калия.
Регенерацию гексаметилснимина можно проводить известковым молоком.
Предложеп
также
и
электрохимический
способ
регенерат
гексаметиленимина.
Комбинироваггие производства кальцинированной соды с производств
хлора и минеральных удобрений из сильвинита
242
По такой схеме переработки сильвинита его выщелачивают азотной
кислотой С образованием раствора нитратов натри, и калил и с выделением в
газовую фазу хлора, иитрозилхлорида NOC1 и водяного пара
Далее газообразный шлрозилхлорид разлагает, азотной кислотой с
выделением в газовую фазу диоксида азота N0,, хлора и водяного пара.
Смесь диоксида азота и хлора
разделяется низкотемпературной
ректификацией на со-ставляющие компоненты. Хлор компримируют н
выпускают в качестве товар-ното продукта.
Из диоксида азота, водяных паров и кислорода или воздуха получают
70% - ную азотную кислоту, которую возвращают в процесс на первую
стадию - для выщелачивания сильвинита.
Из раствора, полученного на стадии выщелачивания
путем
ректификации, отгоняют избыток воды. В растворе остаются азотная кислота
повышенной концентрации и нитраты натрия и калия.
Путем вакуум-кристаллизации из раствора азотной кислоты выделяют
натриевую селитру NaNOj, которая далее отделяется от раствора на
центрифуге.
Полученная таким образом натриевая селитра используется далее для
произ-водства соды и аммиачной селитры. Из маточных растворов путем
упаривания отгоняют азотную кислоту и выделяют калиевую селитру,
которая является товарным продуктом.
Следующие стадии технологического процесса получение соды из
нитрата натрия путем растворения в ретурном маточнике после выделепия
аммиачной
селитры, аммоннзации полученного раствора
подачей
газообразного аммиака, карбопизацин аммонизированного раствора
диоксидом углерода, получаемым в процессе казышнащш и поставляемым
со стороны (экспанзсрный газ), отделения образовавшегося пщрокарбоната
натрия фильтрацией, калыш-нации пщрокарбоната натрия с получением
кальцинированной соды и диоксида углерода.
Фильтровая жидкость, содержащая в растворе аммиачную селитру,
подвергается дегазации и выпарке. Коицептрпроваппый раствор аммиачной
селитры далее поступает на вакуум-кристаллизацию кристаллов аммиачной
селитры, которые далее отделяются на центрифуге. Отжатые на центрифуге
кристаллы аммиачной селитры высушивают и используют как товарный
продукт, а маточник направляют на растворение нитрата натрия.
В итоге это комбинированное производство не имеет ни жидких, ни
твёрдых отходов, а газообразные обезвреживаются.
243
Пути совершенствования производства кальцинированной соды
аммиачным способом
Пути совершенствования производства включают следующие
направления:
- внедрение малоотходных комплексов по производству
калъщпшровашюй соды, хлорида кальция, мелиоранта,
консерванта, минеральных кормовых добавок;
- оснащение технологических линий производства соды колоннами
дырчатыми противоточными н перекрёстно-точными
контактными элементами, пленочными, пластинчатыми и
горизонтально-трубчатыми теплообменниками и конденсаторами
высокоэффективными вакуум-фильтрами и кальцинаторами’
- разработка и внедрение карбонизационных колонн с
пластинчатыми или вертикально-трубчатыми холодильными
царгами, устанавливаемыми попеременно с перекрестно-точными
дырчатыми контактными элементами с двойным переливом а
также с двойным вводом аммонизированного рассола;
- создание системы карбонизационная колонна - гидроциклон цент-рифуга, обеспечивающей получение бикарбоната натрия с
минимальной влажностью;
- внедрение для коррозионной защиты оборудования диффузионно­
защищённых сталей и чугуна с целью исключения применения
титана и нержавеющих сталей в качестве конструкционных
материалов для изготовления аппаратов содового производства
что позволит значительно снизить стоимость оборудования;
- разработка и внедрение способа сокращения объёма дистиллерной
жидкости за счёт получения известковой суспензии
репульпированием сухого гидроксида кальция (пушонки)
дистиллерной жидкостью, непосредственным гашением кусковой
извести дистиллерной жидкостью, прямого взаимодействия сухой
извести со свободной от диоксида углерода фильтровой
жидкостью, например, подачей сухой извести в смеситель;
- энергетическое совершенствование содового производства.
Основные энергопотребляющие стадии и операции содового
производства:
- обжиг известкового сырья,
- карбонизация аммонизированного рассола,
- кальцинация бикарбоната натрия,
- регенерация аммиака из фильтровой жидкости,
- получение тяжёлой соды,
- охлаждение оборотной воды,
- перемешивающие устройства,
- транспортировка твёрдых, жидких и газообразных продукто
полупродуктов,
244
- получение обессолешгой воды.
В предлагаемой таблице 49 даны сведения об использовании тепла
производстве сода.
Таблица 49. Данные об использовании тепла в производстве сода:
Доля от общего тепС тад ия процесса
лопотрсблещц,
%
О бж иг и звестняка
Т еп л овой к о э ф ф и ц и ­
ент п олезн ого д е й -
19.89
7Z8
вой печп
Р сгсперацпя ам м и ака и диоксида угле­
26.83
37.0
рода
К арбонизация
41.72
3.3
25,1
60,1
па карб они заци ю )
Т ран сп ортировани е и перем еш ивание
334
70,0
п роизвод ствен ны х сред
4.72
80.0
К альцинация с использован ием содо­
В од ооборот (без у чёта расхода воды
Тепловой коэффициент полезного действия производства
кальцииировашшй соды аммиачным способом с применением огневых печей
кальцинации составляет 43%.
Для повышения теплового коэффициента полезного действия и
снижения удельных энергозатрат имеются два основных пути:
- совершенствование технологического процесса и аппаратуры, что
позволит уменьшить количество «тепловых отходов» за счет
совершенствования процесса или агрегата - источпика этих
ресурсов
- увеличение степени использования вторичных энергоресурсов
(ВЭР) без пересмотра процесса - источника.
Так, папример. необходимо решить проблему использования тепла газов
известково-обжигательных печей, повысить степень утилизации тепла
дистиллерной жидкости. Осуществление частичной утилизации тепла
дистиллерной жидкости в испарительных тсрмокомпрессорньи установках,
работающих по схемам «первый испаритель - термокомпрессор регенерация аммиака и диоксида углерода» и «второй испаритель термокомпрессор - дистилляция слабых жидкостей» позволяет увеличить
тепловой КПД до 48 % и тем самым соответственно снизить количество
потребляемого первичпого топлива.
В этом же направлении проводятся работы по экономии тепла не в
самом производстве соды, а в теплоисточппке. К таким разработкам
относятся: утилизация тепла дистиллерной жидкости для нагревания
химически очищенной или обратной сетевой воды в аппаратах мгновенного
вскипания, работающих по схеме «испаритель - конденсатор», спосо
Утилизации тепла газов кальцинации для тех же целей; способ утилизация
тепла продукционной соды в аппаратах кипящего слоя с нагревом сыро
245
|
воды. Примером утилизации тепла основного производств
теплоисточнике может служить применение абсорбционных холодит. "а
\ машин, работающих в зимнее время в режиме тспло-вого насоса
к получетм охлаждетюй воды, необходимой в содовом пройз-водст» ^
одновременной выработкой тепла, используемого для теплофика-ции *' ** С
Примене1Ше «пиковых» холодильных машин и «сухих» m
позволяет стабилизировать производство соды за счет поим РеН
охлаждающей воды при температуре 19 - 21 “С, снизить СН°НИя
материальных и энергетических ресурсов, получить значит РаСХ°я
экологический эффект, а также
улучшить показатели
к *11*1
технологических аппаратов, в которых отводится тепло.
Эти работы требуют пересмотра основной технологии содов
производства и создания оптимальных энерготехнологических схем °Г°
приемов. Примером такого приема
может служить частично"
концентрирование дистиллерной жидкости, используемой для получения
продукционного хлорида кальция, за счет тепла отходящих газов
кальцинации.
Стадия
концентрирования
дистиллерной
жидкости
совмещается с карбонизацией жидкости и повышает тепловой КПД огневых
аппаратов на 7 - 8 %.
Перечисленные выше приемы и решения позволяют повысить КПД
производства кальцинированной соды аммиачным способом до 69%.
П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а м а л о о т х о д н о г о п р о ц е с с а п р о и зв о д с тв а
к ал ьц и н и р о в ан н о й сод ы , х л о р и д о в ам м он ия и кальция
Получение
кальцинированной
соды
аммиачным способом с
одновременным получением хлоридов аммония и кальция, мелиоранта и
кормовых добавок - сложный многостадийный технологический процесс,
представляющий собой малоотходный химический комплекс.
Хлорид кальция из фильтровой жидкости, как уже указывалось ранее,
можно выделить из раствора выпариванием с получением товарного
продукта. Аналогично выпариванием можно выделить из дистиллерной
жидкости
непрореагировавший
хлорид
натрия.
Производство
кальцинированной соды может осуще-ствляться и без регенерации аммиака
с получением хлорида аммония в качестве еще одного продукта содового
производства. Хлорид аммония можно выделять при концентрировании
раствора в выпарных аппаратах или вымораживанием.
Технологическая схема малоотходпого
комплекса производства
кальцини-рованной соды аммиачным способом представлена на рис. 67.
Рассол поварешюй соли, получешшй или подземным в ы щ е л а ч и в а й т е
или растворением твердой поваренной соли в узле солерастворения, поя^ л
в отделение очистки рассола 1. Здесь по общепринятой технологии ^
обрабатывают известковым молоком и раствором кальци,шрова1111°д она1а
для осаждения кальция и магния в виде гидроксида магния и к
246
кальция, которые после осаждения выводятся из основной схемы в виде
шлама для последующ ей переработки.
Очищ енный рассол направляется в отделение абсорбции 2, где он насы щ а­
ется аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающими из
отделений дистилляции, карбонизации и фильтрации.
А ммонизированный рассол охлаждают и направляют в отделение
карбонизации 3. где он взаимодействует с диоксидом углерода, подаваемым
из отделения углекислотной компрессии. В отделение углекислотной
компрессии содсржа-щис диоксид углерод газы поступают из отделения
обжига известняка и из отделения кальцинации.
При карбонизации аммонизированного рассола в результате обменных
реак-ций образуется бикарбонат натрия, который благодаря специально
создаваемым условиям выпадает в осадок, а также образуется
хлорид
аммония.
В
составе
карбонизованной
суспензии
остается
непрореагировавш ий хлорид натрия, а также содержатся углеаммонийны е
соли (карбонат и бикарбонат аммония).
Из отделения карбонизации суспензия бикарбоната натрия направляется в
отделение ф ильтрации 4, где на вакуум-фильтрах происходит отделеппе
кристаллов бикарбоната натрия.
Сырой (влажный) бикарбонат натрия
поступает далее в отделение кальцинации 5, где он при тепловой обработке
превращается в кальцинированную соду с выделением в газовую фазу
диоксида углерода и водяных паров. В результате получается готовый
продукт - «легкая» кальцинированная сода, которая отправляется на склад.
Газы кальцинации
подвергаются охлаждению и промывке, далее
поступают на компримированис в углскислотную компрессию 6 и вновь
поступают на кар-бонизацгао. Таким образом происходит циркуляция
диоксида углерода в про-цессе получения кальцинированной соды
аммиачным способом.
*
М аточная ж идкость (фильтрат) после отделения кристаллов бикарбоната
натрия направляется в отделение дистилляции 7, где из неё отгоняю т
вначале диоксид углерода, а затем аммиак. Оттонку аммиака ведут острым
паром в присутствии известкового молока, так как для разложения хлорида
аммония требуется щелочной реагент. Образующаяся парогазовая смесь из
дистилляторов
поступает на охлаждение и
далее возвращ ается на
абсорбцию в отделение абсорбции 2.
И звестковую суспензию (молоко) , которую подают в отделение
Дистилляции получаю т гашением извести в отделении гашения 10. Известь
Дня гашения подается из отделения обжига известняка 9. П ечной газ,
образующ ийся при обж иге известняка подвергают очистке, охлаж даю т и
после компримирования в углекислотной компрессии подаю т на
карбонизацию.
Сущ ествует дополнительный аммиачный цикл, по которому потоки
слабых ж идкостей
и аммиачных конденсатов, образующ ихся при
о х л аж д етш газов кальцинации и дистилляции, поступают в отделе
малой дистилляции 11. В этом отделении аммиак и диоксид углеро
247
десорбируются паром и напрааля-ются в общий парогазовый
поступающий на абсорбцию. Жидкость из малой дистилляции после о т ^ ^ ’
аммиака и диоксида углерода
вновь используется для промы1Г°НКИ
охлаждения газа кальцинации и , кроме того поступает на поо
И
бикарбоната натрия на вакуум-фильтрах и на гашение извести.
Mb,Bty
Основным узлом, определяющим мощность технологической линии
водства кальцинированной соды, является
«элемент»
а6 соп6 |П*'°И2
дистилляции, состоящий из трёх работающих совместно колонн - абсо а ~
дистилляции и малой дистилляции.
№иС целью создания малоотходной технологии на содовых заводах с
производства хлоридов аммония и кальция, а также производства по пс *
ботке кальциевых отходов. Кроме того, устанавливаются
санита
промывателя отходящих газов, что позволяет уменьшить потери аммиака *
атмосферу. При производстве хлорида аммония часть или веге
*
DCLb ПОТОК
фильтровой жидкости после вакуум-фильтров направляется на дегазацию 12
Доля дегазируемой фильтровой жидкости определяется количеством
производимого хлорида аммония. Дегазация фильтровой жидкости
осуществляется паром. Выделяющиеся при дегазации аммиак и диоксид
углерода присоединяются к потоку газа из дистилляции, поступающему на
аммонизацию рассола в отделение абсорбции 2 .
На абсорбцию
дополнительно подается газообразный аммиак от
аммиачной испарительной установки. Это необходимо для восполнения
убыли аммиака, который выводится из цикла хлоридом аммония,
растворенным в дегазировашюй фильтровой жидкости. Дегазированная
фильтровая жидкость направляется далее в выпарное отделение 13 на
выпарку. При выпарке образуется соляная суспензия, которая направляется
на разделение путем отстаивания и центрифугирования - 14, сушки н
прокалки поваренной соли - 15. Маточный раствор соли подается на вакуумкристаллизацию - 16. Пульпа хлорида аммония поступает далее на
отстаивание и центрифугирование - 17. Далее хлорид аммония проходит
стадии сушки и кристаллизации - 18 , после чего отправляется на склад
готовой продукции.
При производстве хлорида кальция вся дистиллерная жидкость или часть
её подвергается предварительной карбонизации и далее поступает на
отстаивание от взвешенных частиц - 19. Шлам из отстойника направляется
для дальнейшей переработки - 24, а осветленный раствор сливается в
ёмкость 20 , в которую добавляют затравку из активного ангидрита (сульфата
кальция) для предотвращения инкрустирования
первой выпарпо
трехкорпусной прямоточной батареи. В выпарной батарее дистиллсрн
жидкость упаривается до концентрации 18% (масс.) хлорида кальция,
второй трехкорпусной прямоточной батарее 21 дистиллерная жидкость
248
мелиорант
25
7,1
Рис. 68 . Принципиальная технологическая схема малоотходного про­
изводства кальцинированной соды, хлорида^ммония, хлорида
кальция
249
упаривается до концентрации 38% (масс.) хлорида кальция с выдел
основного количества поваренной соли. Осветленный 38% -ный раств СНИСМ
хлорида кальция подаётся в вакуум-кристаллизатор
22 , в к Р
происходит за счет самоиспарсния дальнейшее концентрирование па °^°М
до конце1працни 40% (масс.)
хлорида кальция с выдел^ 80*'3
дополнительного количества поваренной соли. Далее раствор хло'ИеМ
кальция направляется в аппарат 23, где упаривается до образования РИЛЗ
содержащего 72% хлорида кальция, дополнительного
кол и ч^3,
поваренной соли. Далее раствор хлорида кальция направляется в ап '0™
23, где упаривается до образования плава, содержащего 72% хл
кальция.
°*>ида
Полученный плав хлорида кальция поступает в корыто аппар
чешуирования, в барабан которого подается
охлаждающая вод
Отлагающиеся на поверхности барабана чешуйки срезаются ножом *
закаливаются, сушатся, охлаждаются и в виде 72%-ного хлорида кальция
отправляются на склад готовой продукции.
Переработка кальциевых отходов, полученных при карбонизации
дистиллерной жидкости, осуществляется с целью получения мелиоранта,
кормовой добавки для животных, бесцементного вяжущего и других
продуктов.
Шлам дистилляции, полученный при осветлении карбонизованной
дистил-лерной жидкости, поступает на фильтр-пресс 24. Маточная жидкость
после фильтр-пресса используется для гашения извести в отделении гашетм
извести 9. Отфильтрованный и промытый осадок поступает в барабанную
сушилку 25, из которой выходит готовый продукт - мелиорант влажностью
около 8 % . Высушенный мелиорант измельчается в центробежной мельнице
26 и далее пневмотранспортом подается на склад.
1 6 .К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы
1.Способы усовершенствования производства кальцинированной соды.
2 .Какие новые виды сырья предлагаются для получения кальцинированной
соды?
3.Техналогическая схема получения кальцинированной соды с использовани­
ем низкконцентрированных углекислых газов.
4.Сравнит^способы получения кальцинированной соды по технологии СИТИК и ТХГИ
250
С Усовершенствование
и освоение технологии производства к а л ь ц и т ,
р о в а н н о й сод ы с использованием н изкокони ентри рованного
печного газа
УП КСЗ является единствеппым по производству кальщптроватюй соды
на территории Центральной Азин. На рис 68 приведена в обобщенном виде
существующая технологическая схема производства кальцинированный со­
ды
Поваренная соль из месторождения Барсакельмес растворяется водой в
специальных емкостях для получения сырого рассола. Полученный сырой
рассол очищается от иопов кальция и магния соответственно раствором со­
ды, который готовится из продукционной соды, и слабым известковым моло­
ком, поступающим из отделения гашения извести. Небольшая часть очи­
щенного рассола также подается в промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ) и
далее в сборник растворов для дальнейшей подачи на процесс абсорбции.
Некоторое количество очищенного рассола подается в промыватель газа ко­
лонн (ПГКЛ) и далее в сборник промывных растворов. Основная часть очи­
щенного рассола направляется в промыватель газов абсорбции (ГТГАБ), а за­
тем в сборник промывпых растворов. Газы после ПГАБ смешиваются с пото­
ком газа, идущим с отделения кальцинации. Все промывные растворы из
сборника поступают на абсорбцию (АБ), куда поступает аммиак из станции
жидкого аммиака и газы отделения дистилляции, содержащие в основном
аммиак и некоторое количество диоксида углерода.
После процесса абсорбции аммонизированный рассол направляется в ко/ лонну предварительной карбонизации (КЛПК). Для проведения процесса
предварительной карбонизации используется НКПГ известковых печей, ко­
торый концентрируется в адсорбционных колоннах (PSA). После предвари­
тельной карбонизации суспензия подастся в рабочие колонны, где для карбо­
низации рассола используются газ известковых печей (после PSA) и концен­
трированный диоксид углерода из отделения кальцинации после скруббера.
Отходящие газы из колонны предварительной карбонизации (КЛПК) и рабо­
чих колонн (КЛ) промываются очищенным рассолом в промыватсле газа ко­
лош! (ПГКЛ).
Суспензия, полученная в результате карбонизации аммонизированного
рассола, для разделения твердой (NaHCOj) и жидкой фаз (NH4CI) фильтрует­
ся на барабанном вакуум-фильтре. Для промывки осадка используется про­
мывная жидкость после скруббера отделения кальцинации. Воздух из филь­
тров направляется в промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ), где осуществ­
ляется улавливание диоксида углерода и аммиака очищенным рассолом.
251
Рис.6 8 .Существующая обобщенная технологическая схема производства
кальцинированной соды на УП «Кунградский содовый завод».
Твердый осадок бикарбоната натрия после фильтрации кальцинируется в
кальцинаторе, где получается готовый продукт - кальцинированная сода
концентрированный газ-диоксид углерода. Кальцинированная сода направ
ляется на склад готовой продукции, а часть её идет на растворение для пр
готовления содового раствора, используемого для очистки сырого рассо
252
газы СП проходят промыватель газа, где из него улавливают,-,, „
из газа и направляются в кальцинатор. После этого газ в к о н д е н ^ '
дснсируст из себя водяные пары и направляется в нижнюю ча™
К°Н'
тора дистилляции(КДС) в дистиллере слабой жидкости Одна ! ^ ! ° НДСНСа~
ф«ь, ИЗ КСП идет на промывку в ПГСП, а т о в а я ^ а
бер, где идет промывка водой. Промывная вода из скруббера переГачив^с.
„а фильтр для промывки. Газ после скруббера, представляющий собой кТн
центрированный диоксид углерода, подается на процесс карбонизации в ™
бочис карбонизационные колонны.
и
Диоксид углерода и аммиак, необходимые для производства кальцншшованной соды, получаются в отделениях обжига известняка и дистилляции
Потери аммиака компенсируются его поставками из ОАО «Максам-Чпрчик»
Для поставки в отделение дистилляции известкового молока имеется отделе^
ние гашения извести.
В известковой печи (ИП) происходит обжиг природного известняка ме­
сторождения Джамансай с получением извести и диоксида углерода. Темпе­
ратура обжига (1000-1100-С) достигается за счет сжигания природного газа.
Газ после промывки, согласно проекту, концентрируется, проходя через ад­
сорберы (PSA) и далее компрессорами подастся в колонну прсдваршельной
карбонизации (КЛГТК) и среднюю часть рабочих колош карбогацацип. Из­
весть, выходящая из известковой печи, гасится водой в гасителе с получени­
ем известкового молока, основная часть которого направляется в смеситель
(СМ) отделения дистилляции, а остальная часть используется для очистки
рассола.
В отделении дистилляции фильтровая жидкость после фильтра (ФЛ)
направляется в холодильник газов дистилляции (ХГДС).Здесь происходит
охлаждение газов дистилляции и нагрев фильтровой жидкости. Газы после
ХГДС поступают в КДС.Образующиеся в КДС газы идут в отделение абсорбции.а жидкость подвергается дистилляции в дистиллере слабой жидко­
сти (ДСЖ). Образующиеся в ДСЖ газы присоединяются к потоку газов ди­
стилляции, идущих в холодильник газов дистилляции (ХГДС). Жидкая фаза
после ДСЖ используется для гашения извести и промывки скруббера газов
содовой печи.
Из фильтра жидкость поступает в теплообметппс газов дистилляции, где в
газовую фазу в результате разложения углеаммонийных солей выделяются
аммиак и диоксид углерода, которые поступают в ХГДС. После теплообмен­
ника газов дистилляции (ТДС) фильтровая жидкость взаимодействует с из­
вестковым молоком, поступающим из гасителя извести, с выделением в газо­
вую фазу аммиака из хлорида аммония. В дистиллере (ДС) и испарителе
(ИС) происходит дальнейшая отгопка аммиака и диоксида углерода в газо­
вую фазу. Из нижней части дистиллящюнной колонны выходит дистиллерная жидкость, являющаяся отходом производства кальцинированнойкоды,!и
направляется в специальные шламонакопители.В период освоения
ского содового завода возпик ряд проблем, связанных с подготовко
переработкой отходов производства.
253
Анализ данных производства УП КСЗ показал, иго используется
высокого качества (поваренная соль и известняк), а продукт полностыоСНР1,е
чает требованиям ГОСТа. Однако производство имеет низкую прои °ТВС'
телъность из-за поступления в отделение карбонизации НКПГ (25 8 % г п 0аИ'
отделения обжига известняка.
’ ° 2) Из
Как отмечалось ранее , концентрация СОг в газе известковых печей
ент в основном от удельного расхода топлива или, иначе говоря от у д 3авИ'
затрат тепла.Как известно, полезный расход тепла на разложение ка к ЬНЫ*
кальция зависит от типа и качества карбонатного сырья и топлива, со
ственно удельный расход топлива будет наибольшим при обжиге мела*1^ 1'
пользованием в качестве топлива антрацита и наименьшим - кокса С° ПС"
жание С 0 2 в печном газе наибольшее в последнем случае и концентраци
стигает 39-40%. На УП КСЗ в качестве теплоносителя вместо кокса"(С+
0 2=С02) используется природный газ (СН» + 0 2=С 02+ Н20). В этом случае на
1 моль СОсобразустсядополнитсльно 2 моля Н20 и поэтому концентрация
печного газа не превышает 25-27%. Для эффективной работы отделения кар­
бонизации производства кальцинированной соды необходимо получать в от­
делении обжига известняка газ с относительно высоким содержанием диок­
сида углерода.
В отличии от других заводов в УП КСЗ печной газ после пылеулавлива­
ния сразу не используется в производстве, а поступает для обогащения в
установку PSA, где производится его адсорбция при колебаниях давления
(рис.69.).
Установка PSA состоит из 4-х к о л о т адсорбции, включает по 2 газодувки
и вакуумных насоса, а также буферные емкости. В каждый момент времени
два адсорбера из 4-х работают в режиме адсорбции, два других работают в
режиме регенерации. Установка работает под контролем программы компь­
ютера (рис. 70).
Из газа известково-обжигательных печей, поступающего из отделения
обжига с содержанием 25,8% С 0 2, посредством использования избирательньгх адсорбционных свойств адсорбентов и вакуума получается газ с содер­
жанием 60% ССД который смешивается с необработанным газом из печей
обжига.
Для этого газ известково-обжигательных печей на установке PSA делится
на два потока. Один поток газодувкой сырьевого газа подается снизу в ад­
сорбционные к о л о т ы для получения газа с содержанием 60%СО2. Второй
поток необработанного газа другой газодувкой подается в буферную ем­
кость, где смешивается с газом из адсорбционных колонн, извлеченным при
помощи вакуумирования (рис. 71).При этом получается продукционный газ с
содержанием 40% С 0 2, который поступает на компрессию. Нами были сн ^
показания приборов ЦПУ по расходу печного газа перед подачей в а С0 Р ^
ры и после резервуара. Перед подачей в компрессию концентрация
определяласьв центральной заводской~<^ ~ 4
П 000 нм3/ч
(лаборатории. Анализ данных показал, что в среднем получается
ссп0
печного газа с концентрацией 25,2 % С 0 2. В пересчете на 10 0 к0
254
CCh в нормальных условиях будет составлять 13000 * о эст ,
Несмотря на то, что мощность газодувки (С701) п а с с и в ~
Нм /час
нм’/час печного газа, фактически подастся в среднем e ^ O H M W ^ И728
за, что в пересчете на 100%-ное количество С02 будет и о Г п «",0Г0 ^
нм3/ч. После резервуара (поз, F702), где смешивается газ после ал ^
обжиговой печи, для получе.шя газа с концентрацией 35 40°/„т.
Р°В"
5100 нм3/ч газа с концентрацией 35% С02, что в пересчете
личесгво СОг будет 5.00 . 0,35 =1785 „м3/час. Из эт £ д а ш т ь и в 2 ю Z »
же без учета добавлений газа, поступающего непосредственно
»
печи, потери по С 0 2 составляют 45,52%.
обжиговой
Проведенный анализ позволяет придти к выводу, что большие потери СО,
происходят на узле адсорбции печного газа, вероятнее всего из-за ™>кы5
степени адсорбции углекислого газа.
’
По нашему мнению, причинами снижения эффективности работы уста­
новки PSA является следующее:
1
1.
Большой объем водяных паров, образующихся при сжигании природно­
го газа в процессе разложения обжига известняка. По материальному балансу
содержание водяных паров в печном газе до охлаждения в скрубберах со­
ставляет 14,50% (1860 кг/ч), а после конденсации части паров при охлажде­
нии, его концентрация в газе снижается до 7,52% (890,8 кг/час).
Поэтому из-за недостаточного объема и ограниченной поглотительной
способности алюмогеля в нижней части адсорбционных колони и отсутствия
регенерации алюмогсля, большие объемы водяных паров проскакивают в
слой силикагеля и ограничивают её поглотительную способность по С02, т.к.
водяные пары также хорошо поглощаются силикагелем.
\
-И
I
t
1 1
t
i
II J l
Рис.69. Принципиальная технологическая схема
О
I
ж
и
rl c j|
к а
01 ш
? g i? u _
PS A -C 02
is £8
сп сг>
СП <J> с> ^
О) О) U)
О) о ст>
‘ 1*
...... Я
i
* 1
g
...5 » V
2.
Не учтены проектировщиками возможности засорения адсорбентов пы.
лью из печного газа.
По литературным данным содержание пыли в содовых заводах, регламентируется НС более Юмг/м3. Даже при таком содержании пыли в установку
PSA на адсорбенты по расчету будет поступать 4,18 кг/час пыли.
Пыль извести, попадающая на адсорбенты, может забить поверхность ад­
сорбентов и сшлкать поглотительную способность.
Рис.71. Технологическая схема потоков печного газа в АДКФ.
С 701, С 702 - газодувка;
F 702 резервуар;
PSA установка обогащения печного газа.
Для повышения эффективности использования НКПГ в производстве
кальцинированной соды нами предлагается газ подавать непосредственно в
карбоколонну или синтезировать из него твердые карбонатные соли аммония
или их растворы, из которьк дистилляцией возможно получить концектрировашгый углекислый газ. Исходя из этого, и на основании лабораторных ис­
следований разработаны три варианта повышения эффективности использо­
вания НКПГ.
В первом варианте НКПГ с концентрацией диоксида углерода 25,89% о
помощью двух компрессоров будет непосредственно подаваться в кароонизационную колонну. Как известно, в карбонизационную колонну подастся
два вида углекислого газа. В низ колонны подается концентрированный уг­
лекислы й газ из паровых кальцинаторов отделения кальцинации, а в сред
258
шою часть - газ из обжиговых печей и звести м v a m r o n
(25,89% С 0 2) меньше чем в известных техиоло™ х ^
ЦИЯ
^
составляет 36-40% .По второму вариа1п у из слабого п е ч п о Г г Т '" 5’3'00' С° г
отдельной колонне бу д ет получаться раствор углеамм от,^ Т
аммнака 8
рой в малой дистилляции происходит возгонка с п о л у ч е к к Т ’ И3 ^
ванного газа, направляемого в карбонизационную колТ ннуЛ олучГ нь^вТ
Г
—
«Г.
-
«
г
х
В третьем вариатгге в отдельной колонне из НКПГ и аммиака будет полу­
чаться суспензия углеаммонииной соли, из которой в результате декантации
отделяется твердая часть, направляемая па смешение с очищенным рассомм
и далее в осадительную карбонизационную колонну.Получаемая при декан
тзции жидкая фаза после аммонизации и охлаждения поступает на стадию
получения углсаммонийных солей.
По предложенным вариантам за счет получения дополнительного количе­
ства карбонатных солей повышается производительность установки по про­
изводству кальцинированной соды.Кроме того,появляется возможность бо­
лее эффективного использования слабоконцентрированного газа и увеличи­
вается коэффициент использования натрия,диоксида углерода и аммиака.
По результатам промышленных испытании с использованием НКПГ необхо­
димо было определить не приведет ли это к снижению производительности
установки и ухудшению процесса образования кристаллов в карбонизацион­
ной колонне.
^
Промышленные испытания использования низкоконцентрировашюго печного газа для карбонизации аммоппзироваппого рассола
На основании лабораторных исследований (йрйлоЖейИсТ) и опылю про­
мышленных испытаний (приложение”?! были разработаны принципиальная !
технологическая схема и регламентфцаможештеЗ)" по повышению эффек-^.
тивности использования НКПГ.
На рис. 72. представлена принципиальная технологическая схема подго­
товки и использования НКПГ в отделении карбонизации УП КСЗ.
Печной газ компрессорами J 702 подаётся в промывочные колоны (поз.Е
0301 А) и среднюю ступень осадительной колонны (поз. Е 0301Д. В). Одно­
временно газы кальцинации смешиваются с частью печного газа и компрес­
сором (поз. J 0703) подаются на нижнюю ступень осадительной колонны.
Аммонизированный рассол из отделения абсорбции подаётся в промывоч­
ную колону (поз. Е0301 А). Полученный здесь ПКАР подастся на хемосорбер
(поз. 7) и через нижнюю часть колонны регенерации (поз.Е 302) поступает в
верхнюю часть осадительной колонны (поз. ЕОЗО1 Д, В, Г).
Полученная в осадительной колонне суспензия подаётся в отделени
фильтрации. ■>
ж
L
ч - ~
^
г * С
о
- и ч
259
И Л - 1'
„
Отходящие газы из промывочной, осадительной колонн и Хемосо
направляются в колонну регенерации и далее в виде хвостового газа ■> Ра
сферу.
а™°Во втором варианте в технологию подключается дополнительный
прессор для увеличения степени абсорбции двуокиси углерода при п К°М"
подаче слабого печного газа в регенератор черезхемосорбционную кол
Й
По данной технологии слабый печной газ с концентрацией диоксида
рода 25-27% С 0 2 будет непосредственно подаваться в карбонизационную™'
лонну.
у ко"
Карбонизацию предкарбонизированной жидкости ведут с двумя ввод
углекислого газа при соотношении количеств газа средней и нижней сту” *1
ней равном 1,1-2,0:1 с содержанием 25-35 и 45-75% об. % С 0 2 соответ'
ственно. При этом температура в зоне кристаллизации БН составляет дГ
60 °С.
Для получения хорошего крупнокристаллического осадка БН необходимо
поддерживать определенную скорость карбонизации раствора, что обуслав­
ливается количеством углекислого газа и кристаллизацией БН. В зопе завяз­
ки кристаллов и роста зародышей необходимо ограничить скорость карбони­
зации и стремиться к поддержанию минимального пересыщения раствора во
избежание образования большого количества кристаллов. Зародыши кри­
сталлов образуются только из пересыщенных растворов. Разность концен­
траций соли в пересыщенном растворе и насыщенном характеризует величи­
ну пересыщения. В известных технологиях процессы кристаллизации регу­
лируются поддержанием определенной температуры (60-65°С) в зоне кри­
сталлизации.
Увеличение количества и концентрации подаваемого углекислого газа
как в средней ступени, так и в нижней, в предлагаемом режиме способствует
более быстрому движению жидкой пленки, прилегающей непосредственно к
твердой шероховатой поверхности стенок колоппы, что снижает скорость
кристаллизации и отложение на стенках и трубках наслоений кристалличе­
ской массы. Это позволяет повысить коэффициент теплопередачи холодиль­
ных трубок и производительность колонны.
Суть проведенных промышленных испытаний заключается в проведении
процесса карбонизации с активным перемешиванием при низкой концентра­
ции газов (25-30% об. С 0 2 и 45-75% об. С 0 2 соответственно на средней и
нижней ступени) и при более низких температурах 45-63°С в зоне кристалли­
зации бикарбоната натрия, против 40-46% и 70-76% об. С 0 2 и 60-65 С соот
ветственно в существующей технологии. При этом, несмотря на использова
ние газа низкой концентрации, происходит интенсивный рост кристаллов •
ГПСАР, содержащий 85-90 н.д. аммиака и 50-100 н.д. углекислого газа\
температуре 30-42°С подают наверх карбонизационной колонн“ од осу.
верхний патрубок. Углекислый газ подают по двум вводам . 1-ы
5
щ ествляют в низ колонны в количестве 1000-2500 м5/ч с содержанте
^
об.% углекислого газа, 2 -ой ввод осуществляют в среднюю зону
260
e 1000-3700 м’/ч с содержанием 25-30 о6 .% углекислого газа про^ ^лдкосгги; при этом температура в зоне кристаллизации БН до11180X0 45 60°С. Получе1шую суспензию бикарбоната натрия после охлаждестигает тсмпсра1уры 30-32°С направляют на фильтрацию для отделения кри­
сталлов БН .
технологии
технологией по
„ г нитсльный анализ ^существующей
^ *<.алологии сс технологи
проекту
«Ситик»—показывает наличие ряда существенных
Р компании
______ _______
енных досто­
достоинств. Основное состоит в том, что в предлагаемой схеме НКПГ, г
теппЛлпоттгпгп «
*
" ____________ полученный
обжига карбонатного сырья, подается без копцептрирования
непосредствснно в отделение карбонизации на стадию предварительной и осади
тельной карбонизации.
В технологии по проекту «Ситик» НКПГ без концентрирования исполь­
зованию не подлежит и концентрируется как было описано выше.
В разработанной технологии содержание С0 2 в газовой фазе в 1,1-15 раза
меньше, что способствует достижению в реакционной пульпе минимального
пересыщения раствора БН. Поэтому при карбонизации не наблюдается обра­
зования большого количества центров кристаллизации даже при пониженпой
температуре 45-60°С и повышенной степени карбонизации ПКАР с содер­
жанием до 100 н.д. углекислого газа. Однако, снижение концентрации угле­
кислого газа ниже 25% об. нежелательно, т.к. это приводит к увеличению
объёма подаваемого газа и упосу аммиака в газовую фазу, что требует до­
полнительных энергозатрат на стадии компрессии.
Как показывают проведенные испытания, снижение температуры в зоне
кристаллизации меньше 40°С требует увеличения расхода охлаждающей во­
ды и, соответственно, увеличения энергозатрат. Повышение температуры
более 60°С приводит к уменьшению расхода охлаждающей воды и снижению
давления в баке для воды по сравнению с давлением внутри карбохолошль
Это ведет к использованию прокладок в баке, что вызывает загрязнение
охлаждающей воды.
Предлагаемая технология имеет следующие преимущества;
- отсутствует энергоемкая стадия обогащения печного газа;
- повышается эффективность использования нсобогащенного печного газа
в производстве кальцинированной соды;
- уменьшается продувка аммиака и расход охлаждающей воды в результа­
те снижения температуры кристаллизации.
Таким образом, по сравнению с технологией компании «Ситик» в резуль­
тате осуществления предложенной технологии в 1,5-2 раза интенсифициру­
ется процесс карбонизации аммонизированного рассола и сокращаются, ста
дия обогащения печного газа, на 20-80% потери углекислого газа на
°
расход аммиака и на 2 - 5 % расход электроэнергии; увеличивается коэффици­
ент использования углекислого газа, хлорида натрия и a-'™lia*an
БН содержит остаточную влагу и хлор-ионов 14-18% и 0.08- .
•
ствепно.
количе
261
Рис. 72. Технологическая схема отделения карбонизации.
С 701, 701 а, 702 - газодувки, F 702 - резервуар, J 0701, 0702, 0703 - компрессора, Е0301А - колонна
предварительной карбонизации, Е0301В осадительная калонна карбонизации, Е 0302 - колонна регенерации отходящих
газов, поз. 7 —хемосорбер.
Технологическая схема производства кальцинированной соды
Наименование стадии и потоков реагентов I
265
Наименование технологических показателей
Нормы технологического р еж и м а ____________________________
п
х
а
в
«Л|
<N —
у,
О
О
N
S
5^
'П
сга
о
о
S- ^
а
с
s 2
X **• ъ
VO
о
2
CL 3
С
С
^ сс
о*
S
X
о
.
Описание разработанной технологической схемы
При проведении испытания ПКАР подавали в скруббер сверху
Е0402, а печной газ после газодувки поз. 0701а вводили через штуце п°3'
этом проходящий через колошгу" ЧКАРТгаглощает С 0 2 из газа и содерР
С 0 2 в полученном ПКАР повышается до 70н.д. Далее полученный ПКАР
давался на осадительные колонны.
По'
В результате проведенных исследований и опытно-промышленных
пытаний разработана принципиальная технологическая схема (рис 72 ) И°'
готовки и использования НКП Г в отделении карбонизации УП КСЗ
П°Д"
Приготовленный в отделении дистилляции и абсорбции аммонизи
ванный рассол поступает в бикарбонатное отделение для насыщения днокс
дом углерода и получения БН. Карбонизация проходит в три стадии: первая"
в колонне предварительной карбонизации (Е 0301d) , вторая - в хемосорб"ционной колонне (поз-7), третья - в осадительных колоннах карбонизации
(Е 0301 а-с).
Аммонизированный рассол с содержанием 22,98 % (масс NaCl) 3 3 %
(масс. СО;) из отделения дистилляции и абсорбции с температурой 38-40°С
подается в общ ий коллектор. Отсю да требуемое количество рассола
направляется в верхню ю часть колонны (E0301d). Эта колонна
предназначена для частичного насыщ ения аммонизированного рассола
диоксидом углерода. При этом в колонне растворяются отложения БН,
образовавш иеся в период ее работы в качестве осадительной колонны
карбонизации. 2 N aH C 0 3+ 2NH4OH =Na2C 0 3+ (NH4)2C 0 3+2H20
В нижню ю часть колонны (Е 030 Id) через общий коллектор из
отделения компрессии подастся промывочный газ с содержанием 25-30 %
(моль) С 0 2.Проходя через колонну, аммонизированный рассол поглощает
С 0 2 из газа, за счет чего содержание С 0 2 в растворе повышается до 44 н.д., а
концентрация С 0 2 в газе падает до 1-2 % (моль).
Вследствие выделения тепла при поглощ ении С 0 2 температура раствора
возрастает. Для уменьш ения выдувания аммиака жидкость на стадии
частичной
карбонизации
необходимо
охлаждать.
Охлаждение
осущ ествляется оборотной водой. Температура жидкости на выходе га
колонны (Е 0 3 0 Id) регулируется автоматически подачей оборотной воды в
холодильны е баки колонны (TICR\310d). Ж идкость при температуре 36-40 С
п оступает в колонну хем осорбции (поз. 7).
Это колонна предназначена для подготовки рассола к основному
процессу - карбонизации путем хсмосорбции С 0 2 из НКПГ. В колонне (пот
7) происходит карбонизация ам монизированного рассола НКПГ. ри о
п роисходят следую щ ие химические реакции:
N H 3+ C 0 2+H20 = N H 4HCO j
N H 4H C 0 3+2N aC l = N a H C 0 3+NH.,Cl.
Д л я протекания хим ических реакций в хемосорбер подается
п ечного газа и 80м 3/ч частично ам монизированного рассола.
266
0 нмз/ч
зТ0М
степень абсорбции С 0 2 достигает 94 3% пк„
содержанием 70 н.д С 0 2 . подается в колонну р е г е н е р а ^ Т о з о г ^ С
Отходящие газы из хемосорбера направляются в Г л п , 1'
далее в виде хвостового газа в атмосферу.
” РегенеРЩии и
Применяемая колонна хемосорбции (поз 71
характеристики: внутренний диаметр - 1,6м ,' о б ^ Т ь ^ ' Т *4 " 6
производительность 6500-7000нм3/ч. Она ппелспГ ~
« '
двухсекционный с фланцами вертикальный цилиндрический алпмет
Анализ данпых показал, что на поз. FV 751 (пис 5 1 т.
,4000-15000 нм’/ч печного газа е концентрацией 26 % С02,что ГперсГстГГа
, 00 -ное % количество С 0 2 в нормальных условиях будет составят 14000 х
0,26 —3640 нм /ч.
4600 нм3/ч печного газа через компрессор №2 среднеступенчатого пш
подается в промывочную колонну и на второй ввод осадительных колонн.
Для получепия нижпеступенчатого газа печной газ (1700 нм3/ч)
смешивается с газом кальцинации (2700 нм’/ч) и образует 4400 нм5/ч СО, с
концентрацией 65%, который с помощью компрессора №3 подается на
нижние ступени осадительных колонн. Таким образом, с помощью
компрессоров №2, 3 можно подавать 4600 + 1700 = 6300 нм’/ч печного газа
на стадию карбонизации, а оставшийся (14000-6300 = 7700) нм!/ч печной газ
можно подавать в хемосорбер (поз.7).
Процесс карбонизации в промывной колонне (поз. Е 0301)
ихемосорбере (поз. 7) контролируется графическим методом (рис.3.9).
Давление
подаваемой
жидкости
регулируется
автоматически
(Р1С/314а-с). Автоматическое регулирование давления ПКАР на входе в
колонны карбонизации (Е 0301 a-с) производится с коррекцией по давлению
нижнеступенчатого
газа,
подаваемого
в
колошты.
Расход
карбонизированного рассола, подаваемого в колонны карбонизации,
регулируется также автоматически (F1C/305).
В колоннах карбонизации (Е 0301 a-с) происходит третья стадия
карбонизации, в результате которой образуются и выпадают кристаллы БЫ.
Газ в колонну карбонизации подается через два ввода - нижний и
верхний. В нижний ввод подастся ннжнеступенчатый газ с содержанием С02
не менее 45% (масс.), в верхний - срсднеступснчатый газ с содержанием 2536% С 02.В процессе карбонизации жидкость разогревается до 45-60 С в
результате выделения тепла при протекании химических реакций. Суспензия,
охлажденная до 28-32°С, отводится из шокней части колонн карбонизации и
самотеком, под давлением столба жидкости, находящейся в колонне,
поступает в емкость д ля воды (F0302) и далее на фильтрацию.
Технико-экономические расчеты свидетельствуют о рента ельно
предлагаемого способа. Экономия достигается за счет интенсификацииin
Цссса карбонизации, упрощения общей технологической схемы и увс
коэффициента использования углекислого газа, натрия и аммиака.
267
ГЛАВА X V U . Э К О Н О М И К А П РО И ЗВ О Д С ТВ А
КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ
Себестоимость кальцинированной соды, как и любой другой хим
продукции, складывается из прямых и накладных расходов. К прям'1'1'* 1'0*
расходам относятся затраты:
1м
1). 17а сырьё и вспомогательные материалы:
поваренную соль, аммиак, известняк, полиакриламид, сульфид н
катиопит, соляную кислоту, уротропин, железный купорос, хлор
кислоту.
’
серную
2). Энергозатраты:
на природный газ для обжига известняка и для получения п
дистиллята, на электроэнергию для привода вентиляторов насосо^
кальцинаторов, гасителя извести, мешалок
и др. механическо
оборудования.
го
3). Зарплата производственных рабочих с начислениями.
4). Накладаые расходы, к которым относятся:
1. Цеховые накладные расходы:
амортизационные отчисления,
содержапие оборудования и здатшй
затраты на охрану труда и технику безопасности.
2. Общезаводские наклащгые расходы:
зарплата управленческого персонала, затраты на реализацию продукции,
затраты на охра7ту завода.
Прямые расходы связаны непосредственно с производством соды. Они на
прямую связаны с производительностью, и чем больше выработка тем
большевсличина прямых расходов. Накладные расходы не зависят от
выработки продукции, так как, например, амортизационные отчисления
производятся от полной стоимости зданий, сооружений и оборудования.
Отчислетгия на содержание управлеттческого аппарата также практически
постоянные.
Для снижения доли накладных расходов в себестоимости продукции
необходимо стремиться к максимально возможной степени использования
оборудования, к снижению времени на его рюпроизводителыгые простои.
Сокращению непроизводительных простоев способствует организация
плановопредупреди-тельных ремонтов ППР. В этом случае не ждут поломки
оборудования, а предупреждают выход его из строя профилактическим
проведе7гием ремонта по заранее разработарщому графику.
Повышение степени
использования оборудова! 7Ия и повышение его
производительности достигается путем улучшения качества сырья
вспомогательных продуктов, совершенствования автоматического К0ИТР м
и регулирова!7Ия, внедрения технических усовершенствова77ИЙ, повыше! ^
квалификации кадров, устранением «узких» мест, то есть нссоотвст
мощностях отделыгых участков и цехов завода.
268
Затраты на сырьё зависят от его количества, пасхою,
продукции, и его цены.
расходуемого на единицу
На степень использования натрия существенно влияют
хлорида натрия и аммиака в аммонизированном о**™ кот»',пРации
диоксида углерода в газе дгя карбонизации, темнею ™
К° НЦСН'фаш1я
воды, соблю дение нормального технологического к м и и 7 ' а* а т т *
Повьппение коэффициента использования натрия па
Р° Цессов'
рассола почти на 1,5%. Уменьшение объёма рассола на сшниц ^ Г Г
увеличивает производительность
отделений дистилляции, Тбсорб”
карбонизации примерно на 1 - 1,5 %, что ведёт в конечном итоге к с Г Г ™
доли накладных расходов в калькуляции себестоимости топш С0Г
Одновременно при снижении объёма рассола на единицу продукш™
соответственно уменьшается и объём фильтрата, что ведёт к снижению
расхода пара и извести в процессе дистилляции. Снижается также расход
энергии на перекачку жидкостей и уменьшается объём дастиллерной
жидкости, откачиваемой в шламонакошттсль.
На расход энергии в значительной степени влияет качество бикарбоната
натрия, особенно его влажность, так как с ростом влажности сырого
бикарбоната резко возрастает расход пара па кальцинацию и существешю
возрастает количество ретурной соды подаваемой в калышнатор. Снижение
влажности сырого бикарбоната натрия одновременно позволяет повысить
производительность кальцинатора.
Структура себестоимости кальцинированной соды, в %:
1. Сырьё и м атер и ал ы --------------------------------- 39,2
2. Э нергозатраты---------------------------------------- 32,9
3. Расходы по содержанию и эксплуатации
о б орудован и я--------------------------------------- 17,8
4. Цеховые и заводские расходы-------------------- 10,1
Общая сумма затрат на 1 т соды распределяется по стадиям
производства следующим образом (%):
1. Абсорбция
2. Карбонизация
3. Дистилляция
4. Фильтрация
5. Компрессия
6. Кальцинация
7. Упаковка
10
6,5
50,3
1,8
5,3
18,9
7,2
Экономическую эффективность работы завода принято оц
помощью рентабельности. Рентабельностью производства
269
^
разпица между отпускной ценой па продукцию и eg себестоимостью. Чем
ниже себестоимость продукции, тем выше рентабельность производства.
В таблице 51 приведены нормы расхода сырья, вспомогательных
материалов и энергорссурсов на I т кальцинированной соды по проекту КСЗ
Таблица 51. Расходные нормы на 1 тонну готовой
кальцинированной соды КСЗ
№
п /п
Н аим еновани е показателя
1.
П оварен ная сол ь (в п ересчете п а 100% N aC l)
2
И звестн як (в п ересчете н а 100% C aC O j)
3.
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Ешппгца
и зм ерения
Норма
т
1,55
т
А м м и ак (н е м енее 96% N H j)
кг
В сп ом огательны е мате >налы
П ол и акрил ам ид
кг
С ул ьф и д н атри я (60% N a 2S)
кг
Э нерго ресурсы
Э л ектроэнерги я
кВт-ч
П а р (4 М П а. 450°С )
т
П ри род н ы й газ
нм 3
В од а об ессолен ная
т
В о зд у х техн ол оги ческ и й 0 .7 М П а
ы3
В озд ух К И П (0.75-0.85 М П а)
В о д а об о р о тн ая п рям ая 27°С
В о д а об о р о тн ая об ратн ая 35°С
1.45
5-10
0.06
0.05
166
4.0
490
4.45
20
28.8
210
200
м3
м3
м3
В таблице 52 приводятся усредненные энергетические затраты на 1
тонну кальцинированной соды в пересчете на 100 %-ную.
Таблица 52. Усреднённые энергетические затраты на 1т 100%-ной
кальцинированной соды:
1.
Э лек троэн ерги я
М Дж
Р асход ­
ны й к оэф ­
ф иц и ен т
220
2.
П а р н а тех н о л о ги ч е ск и е н уж ­
ды
ГДж
5,36
3.
4.
В о д а об о р о тн ая
м3
150
тож е
Т о п л и во (в п ер ес ч ет е н а
у сл о в н о е )
кг
95
П р и рабо™ » а известняке— .
№
п /п
Единица
и зи ер.
С та ть я з ат р ат
Примечание
Д л я турбокомпрессоров с
пярлиым приводом
З ав и си т от гсографи-ческого
п олож ени я за-вода
______ .
---------------
Отходы производства
1 .Отделение известковое на тонну соды:
Ш лам гашения извести -3 3 ,2 2 кг, сточная вода после промывки газа
извест-ково-обжигатсльных печей - 0,16 м3. В атмосферу хвостовые газы
270
гаш ен и я и з в е с т и
180,55 нм3 и газы известково-обж игательных печей -
2. Отделение рассола:
Шлам из фильтр-пресса-0 ,0 8 т/т соды
3. Бикарбонатное отделение на тонну соды:
хвостовые газы карбонизации после промывки из колонны регенерации
436,32 нм3, п о сто в ы е газы фильтрации после промывки из коло,™
'
р е ге н е р а ц и и —2 8 о ,9 6 н м .
4. Отделение дистилляции и абсорбции на топну соды:
Отработанная дистиллерная жидкость после дистиллятора маточного
раствора в шламонакопитель - 8,7 м3. Состав жидкости в % масс ■ NaCI 4,2; NH j - следы; СаО - 0,49; СаС|2 -10,92; Н20 - 83,75 ; твердых вещеов
—0,64.
Отработанная жидкость после кислотной промывки с содержанием
кислоты из танка промывной кислоты - 3,2 м3.
5. Отделения кальцинации и тяжелой соды:
Хвостовой газ - 438,24 нм3/т соды.
Капитальные вложения на строительство солового завода
Сумма капитальных затрат по объектам основного производственного
назначения распределяется следующим образом, в %:
1. Блок цехов сырого бикарбоната натрия - 35-40
2. Цех кальцинации-5,8-21,1
3. Известковый цех - 13,3-39,1
4. Цех очистки рассола - 1,8-2,3
5. Рассолопромысел - 3,4-8,6
6. Карьер мела, известняка-4,1-18,1
7. Транспортировка известняка, кокса, гидрокарбоната натрия -8,8.
На объекты основного производственного назначения приходится 46% ка­
питальных затрат, а остальные 54% приходятся на объекты вспомогательного
производственного назначения, в том числе на объекты энергетического
хозяйства —6-6,5%, на объекты транспортного хозяйства и связи -6,5-7/»,
внешние сети водоснабжения, канализации, теплофикации, газификации 12-13%.
П.Контрольные вопросы
1 Из чего состоит себестоимость продукта.
_____ „ „ - „ л .
2.Как рассчитывается рентабельность производства?
3.Раскажите о структуре себестоимости производства кальцинир
ды.
4.Как распределяется общая сумма затрат^ по стадиям произв д
минированной соды?
271
Глава ХУШ . ПРОИЗВОДСТВО ОЧИЩ ЕННОГО БИКАРБОНАТА
НАТРИЯ (ПИЩ ЕВОЙ СОДЫ).
Свойства бикарбоната натрия и его применение
Бикарбонат натрия ЫаНСОз (гидрокарбонат натрия, двууглекислый нат­
рий) - белый кристаллический порошок с кристаллами размером 0,05-0 2
мм. Плотность 2,2 г/см3 , насыпной вес 0,9 г/см3. Его растворимость в воде
невелика и относительно мало меняется с повышением температуры. Дщ
сравнения
в таблице 53
приведены данные о растворимости
кальцинированной соды.
Таблица 53. Данные о растворимости карбоната и бикарбоната натрияТем пература, °С
Растворимость
N aH C O j
а) г/100 г р-ра
б )%
в)
Н.Д.
Растворимость
Na-СОз
а) г/100 г р-ра
б )%
в) н .д
0
10
20
30
40
60
80
6,87
6,43
16.0
8,11
7.5
18.8
9,53
8,7
22,0
11,0
9,9
25.2
12,54
11,14
28,7
15,77
13,63
35.6
19,17
16,08
42,7
разлага­
ется
6,86
6,4
24.3
11,98
10,7
47,3
22,95
18,7
83.5
39.2
28.2
144
48,9
32,8
182
46,5
45,4
31,2
170.5
45,2
31,1
170
173
Бикарбонат натрия термически малоустойчив и при нагревании
разлагается с выделением диоксида углерода и воды:
2N aH C 03„ = Na 2COjp.p + С 0 2п» + H2( W
- 18 кДж
(102)
По этой же реакции происходит и разложение бикарбоната натрия в
водных растворах при их нагревании.
Водный раствор бикарбоната натрия имеет слабую щелочную реакцию и
поэтому не действует на растительные и животные ткани. Плотность
растворов бикарбоната натрия незначительно отличается от плотности воды.
Бикарбонат
натрия
находит
применение
в
ряде
отраслей
промышленности:
в медицине для изготовления лекарственных препаратов; в хлебопечении и
кондитерском производстве, так как добавленный к тесту бикарбонат при
нагревании разлагается с выделением диоксида углерода, что способствует
поднятию и разрыхлению теста и увеличивает его пористость;
в
производстве микропористых резиновых изделий,
благодаря все той же
способности разлагаться при нагревании с выделением диоксида углерода,
для зарядки пенных и жидкостных огнетушителей. В пенных огнетушителях
272
п р о и с х о д и т р е а к ц и я в заи м о д ей ст в и я бикарбоната натрия с с е п т,*
В ы д е л я ю щ и й с я п р и э то м у гл ек и сл ы й газ с м е ш и в а е т е с пенопк
кислотойо б р а з у е т п е н у , л о к а л и зу ю щ у ю о ч аг горения. В ж и д к о с т Г “^ о в а т е л е м и
р ас тв о р б и к а р б о н а т а н ат р и я о б р азу ет изолирую щ ую пламя
В с о о т в е т с т в и и с Г О С Т 2 1 5 6-76 г и д р о к а р б о ! Д
в ы п у с к а е т с я т р ё х с о р т о в (см . та б л и ц у 54).
' ^
Таблица 5 4 . Т р е б о в а н и я Г О С Т 2156-76 к бикарбонату1 iнатрия:
Содержание, в %
1-D
“пГпрокарбооат натрия, не менее
"у^рбоиат натрия, не болсс
Упорилы в пересчете на NaCl. н.6.
Мышьяк (As)
Нерастворимые в воде вещества, е.б.
Железо (Fc), н.б.
Кальций (Са), е.б.
Сульфаты в пересчете на S 0 4 н.б.
Влага н.6.
995
0.4
0.02
•
•
0.001
0,04
0,02
0.1
Соит
2-й
99.0
0.7
0.04
3-й
98.5
1.0
0.05
•
01
0.005
0,05
0,02
0.2
1.0
* ) - в ы д е р ж и в а е т и с п ы т а н и я в соответстви и с ГО СТ 2156-76
С о д е р ж а н и е б и к а р б о н а т а натри я, карбоната натрия, хлоридов и железа
д ан о в п е р е с ч е т е н а с у х о е вещ еств о.
Ф изико-хим ические основы производства очищенного
бикарбоната натрия
Т е х н и ч е с к и й ги д р о к а р б о н а т натрия, выделяемый на стадии фильтрации в
п р о и з в о д с т в е к а л ь ц и н и р о в а н н о й соды , - сы рой бикарбонат содержит соли
а м м о н и я , х л о р и д н а т р и я , с о л и ж ел еза, нерастворимы е в воде примеси и др.
П р и с у ш к е о н и п о ч т и в с е ост аю тся в составе продукта и в количествах,
з н а ч и т е л ь н о п р е в ы ш а ю щ и х тр е б о ва н и я ГО СТа.
О дин из расп ростран ен н ы х
способов очистки солей от примесей
п е р е к р и с т а л л и з а ц и я и х и з р аств оров. В основе способа леж ит свойство
б ольш ин ства солей :
с п о в ы ш ен и ем температуры
увеличивается их
р а с т в о р и м о с т ь . П р и в ы с о к о й тем п ер ату р е получаю т насыщенный раствор
э то й с о л и . Е с л и в с о с т а в е с о л и бы ли нерастворимые примеси, то их
о т ф и л ь т р о в ы в а ю т , а з а т е м р ас тв о р охлаж даю т и при этом из ыток соли
в ы п а д а е т в о с а д о к , а р ас тв о р и м ы е в воде примеси из-за их м
к о н ц е н т р а ц и и о с т а ю т с я в м ат о ч н о м
растворе. П осле о т д е л е н н о е
в ы к р и с т а л л и з о в а в ш е й с я с о л и м аточны й раствор ^ вновь naipe
н а п р а в л я ю т н а р а с т в о р е н и е н о в ы х порци й очищ аемой таким спо
Ч ас ть м а т о ч н о г о р а с т в о р а п е р и о д и ч е ск и вы водят из цикла
л е н и я в н ё м н е ж е л а т е л ь н ы х п р и м е сей .
273
оп
Такой способ применяется для хорошо растворимых солей, раствопи
которых значительно меняется с изменением температуры. Однако если 0СТЬ
плохо растворяется в воде и её растворимость незначительно мен С°ЛЬ
ростом температуры, то такую соль способом перекристаллизации о '” 0* С
не выгодно, так как в технологическом цикле будут Циркулировать сл ИЦ,аТЬ
большие объёмы раствора, которые надо то нагревать, то охлаждатШК° М
кроме того, ещё следует принять во внимание и тот факт, что бика К А’
натрия термически неустойчив и при нагревании разлагается с образов °НаТ
карбоната натрия, в присутствии которого понижается растворимо^'
бикарбоната натрия.
0X1
Растворимость бикарбоната натрия в воде растет с повышением темпе­
ратуры. На рис. 73 представлена зависимость растворимости бикарбоната
нат-рия от температуры.
Таблица 55. Растворимость бикарбоната натрия в присутствии
карбоната натрия:
Температура,
“С
25
50
Растворимость
N aH CO i. %
9.3
9.1
7,8
4,9
3,9
3.3
12,34
12,22
11,68
9.93
8.27
6.80
Содержание
ЫагСОч. %
0,0
0.9
5.4
6,1
10,0
16.7
0.0
0.27
1.08
4,78
10.04
14.90
Однако в присутствии карбоната натрия растворимость бикарбоната
натрия существенно уменьшается. Данные о растворимости бикарбоната
натрия в присутствии карбоната натрия представлены в таблице 55.
Из-за относительно малой растворимости
бикарбоната натрия
очищенный бикарбонат натрия получают карбонизацией водного раствора
соды по реакции:
Na2C 0 3 „ + С 0 2по + H j C W = 2N aH C03Ilepa + 52,4 кДж (ЮЗ)
Этот способ позволяет значительно сократить объём
необходимый для получения продукта, так как растворимость
натрия
в несколько раз выше растворимости бикар о
Необходимый для карбо-низации содовый раствор мож
двумя путями:
274
I
Р
получен
1
1
/
;
/
(
растворением
ГоГ”
о 'г
и
г
/
/
z 11
/
разложением
Декарбронизацией
раствора
/
}
Ё
./
/
технического бикарбоната нат­
рия при нагревании - «мокрый»
способ.
/
/
/
/
/
20
70
40
Температура, °С
пои
оооротном
маточнике
«сухой» способ;
/
5 10
X
а
ш ь '«нирот:» н о л
0Д Ч
получаемой
кальцинации
бикарбоната натрия, .
/
50
60
Из-за малой растворимости
гндрокарбоната натрия
разложению подвергают не
гомогенный раствор
гидрокарбоната, а его
суспензию в воде или маточном
растворе.
В
промышленности
применяю т
оба
способа
Однако,
«мокрый»
способ
более экономичен, так как в
« м о к р о м » с п о с о б е р а с х о д т е п л а н а разлож ение гидрокарбоната натрия почта
в 2,5 р а з а м е н ь ш е , ч е м н а р азл о ж ен и е гндрокарбоната в кальцинаторах или
печ ах . К р о м е т о г о , п ри прои зв одств е очищенного бикарбоната натрия
о т п а д а е т н е о б х о д и м о с т ь в п о л н о м разлож ении гндрокарбоната в содовом
р ас тв о р е. В ы п а д а ю щ и й п р и н асы щ ении содового раствора
диоксидом
у г л е р о д а ч и с т ы й ги д р о к а р б о н а т натрия отделяют, а маточпик возвращают в
п р о ц е сс
дняполучения
и сход н ого содового раствора. В результате
Р и с . 7 3 . З а в и с и м о с т ь р ас тв о р и м о сти
б и к а р б о н а т а н а т р и я о т те м п ер ату р ы
м н о го к р а т н о й ц и р к у л я ц и и м ато ч н о й ж идкости в ней накапливаются
п р и м е си , ч т о м о ж е т п р и в е с т и к загрязнению очищенного гндрокарбоната
н атр и я. П о э т о м у ч а с т ь м а т о ч н о й ж идкости постояпно выводзгтея из цикла и
о т п р а в л я е т с я в р а с с о л о о ч и с т к у д л я разбавления крепкого содового раствора
Получение содового раствора декарбонизацией суспензии технического
гидрокарбоната натрия.
Р а з л о ж е н и е с у с п е н з и и те х н и ч е ск о го гидрокарбоната натрия при
н а г р е в а н и и п а р о м н а з ы в а е т с я д ек арбонизацией. Одновременно с рсакцие
Д е к а р б о н и з а ц и и п р и н а г р е в а н и и сы рого бикарбоната могут протекать и
Д ругие р е а к ц и и :
275
(NH,i )гСОз т. = 2NHj г + С 0 2г + Н20 г-172,5 кДж
NRiHCOjr. = NH 3 г + СО 2 г + Н2Ог - 164,8 кДж
NH 4C 1t»+ NallCOiT, = NaClT. + NH 3 г + СО 2 r + НгО, —14 5 5 кДж
^
2ЫаСОг NH2 + Н 20 „ = Na 2C 0 3t. + 2NH3 г + С 0 2г -140,7 кДж
(57)
Вьщеляющиеся при этом аммиак и диоксид углерода направляются в
коллектор газа кальцинаторов производства кальцинированной соды а сол
и хлорид натрия остаются в растворе.
’
«Мокрое» разложение гидрокарбоната натрия до конца не идёт, так к
реакция ( 102 ) равновесная и экзотермическая, то в соответствии с принципом
Ле-Шателье её равновесие сдвигается вправо с повышением температуры
Поэтому процесс декарбонизации ведут при температурах близких к
температуре кипения раствора. Однако и при повышенных температурах
процесс декарбонизации идет не до конца. В таблице 56 приводятся данные
о степени мокрого разложения гидрокарбоната натрия от температуры.
Таблица 56. Зависимость степени мокрого разложения
гидрокарбоната натрия от температуры
Температура, °С
С тепень разложения, %
П родолж ительность нагре­
вания, мин
„
94
41
100
69
102
87
102
90
102
92
102
92
АО
20
30
40
50
70
При высоких степенях декарбонизации скорость процесса значительно
замедляется. Скорость процесса декарбонизации гидрокарбоната натрия, как
и скорость любой химической реакции, зависит от температуры и растет с сё
повышением. Поэтому повышение температуры положительно влияет как на
равновесие, так и на скорость реакции декарбонизации. Ускорепшо процесса
декарбонизации способствует и удаление из раствора выделяющегося при
декарбонизации диоксида углерода. Движущей силой процесса десорбцш!
диоксида углерода является разность между равновесным давлением
диоксида углерода над раствором и его парциальным давлением в газовой
фазе. Чем больше эта разность, тем быстрее протекает этот процесс.
Десорбция протекает до тех пор, пока равновесное давление диоксида
углерода над раствором не станет рав-ным его парциальному давлению в
газовой фазе.
В таблице 57 приводятся данные по равновесным давлениям дно
^
углерода над растворами, содержащими карбонат и гидрокарбонат па1^ ’
зависимости от температуры и степени карбонизации для
ни1|
содержащих 1 г-экв общего натрия на I л раствора. При у
276
концентрации общего натрия в два раза парциальное павп,„,
углерода надо умножить на 2,44.
Давление диоксида
Таблица 57. Равновесное давление диоксида углерода нал
растворами карбоната и бикарбонат^ н ^ и я :
Степень дека[>бош оацпп, %
10
75
90
Равновесное давл eirae СО* в кПа (ьо
ператуое.
40
24 (180.0^
0.24(1,8)
. 0.0310.22)
20
12,6 (95.03
0.15(1.11
0.01(0.131
рт. ст.) при тсм60
40 (300.0)
0,04 (0.32)
Из таолицы видно, что с увеличением степени декарбонизации
равновесное давление диоксида углерода над раствором резко уменьшается
Следовательно, с повышением степей декарбонизации существенно
уменьшается движущая сила процесса десорбции, что замедляет процесс
разложения гидрокарбоната натрия. Из этого следует, что для достижения
высоких степеней декарбонизации требуется как высокая температура, так и
длительное время пребывания раствора в апларате-декарбонизаторе, что
могут обеспечить аппараты барботажного типа. При этом следует отметить,
что для производства очищенного гидрокарбопата натрия вовсе
необязательно достижение высоких степеней декарбонизации, так как в
дальнейшем декарбонизироваппый раствор подвергается карбопнзашш с
целью получения гидрокарбоната натрия.
В качестве теплоносителя для нагревания раствора используют «острый»
насыщенный водяной пар. Этот пар снижает парциальное дааление диоксида
углерода в газовой фазе, способствуя тем самым ускорению десорбции его из
жидкости и разложению гидрокарбоната натрия.
Карбонизация содового раствора с выделением гидрокарбоната натрия в
твёрдую фазу
Полученный «мокрым» или «сухим» способом, содовый раствор далее
подвергается карбонизации для выделения из него гидрокарбоната натрия в
твёрдую фазу. Процесс выражается уравнением (103). Эта система
равновесная и её равновесный состав будет зависеть от температуры и
концентрации одного из компонентов. Скорость процесса карбонизации
будет определяться скоростью абсорбции диоксида углерода. Эта скорость
определяется двумя факторами: скоростью химической реакции и движуще
силой абсорбции. Движущая сила абсорбции равна разносга ®
Диоксида углерода в карбонизующем газе и над раствором.
ПП|1СТСЯ
температуры скорость химической реакции возра^ ^ ' , ™
поглощение диоксида углерода, а движущая сила а с р1
как с повышением температуры увеличивается р
277
° |гажается, так
^ давл’ение
диоксида углерода над раствором. В связи с тем, что вли-яние темпеп
неоднозначно, очевидно необходимо искать оптимальную темпеп
'
процесса карбонизации, то есть такую, при которой достаточно велики У
скорость химической реакции, так и скорость абсорбции диоксида углеп ***
Как оказалось, этот оптимум температур лежит в пределах 80 60°
Большая температура относится к поступающему на карбонизацию паст ^
соды, в котором еще мало бикарбоната и невелико равновесное давл ^
диоксида углерода, а меньшая - к конечному карбонизованному раство
котором повышегаюе содержание гидрокарбоната начинает при повыше 8
температуры заметно влиять на равновесное давление диоксида углерода н '
раствором и тем самым уменьшать движущую силу абсорбции.
НЭД
При
повышенных
температурах
карбонизации
пол учается
крупнокристаллический хорошо промываемый осадок гидрокарбоната
натрия, что положительно сказывается на работе узла фильтрации.
Количество осаждённого гидрокарбоната натрия при карбонизации
содового раствора зависит от концентрации исходного раствора,
температуры и степени карбонизации. Степень карбонизации - отношение
общего содержания диоксида углерода в осадке и в растворе к общей
щелочности исходного раствора выраженных в г-экв/л. Очевидно, что чем
выше концентрация общего натрия в ис-ходном растворе и чем ниже
конечная температура суспензии и выше степень её карбонизации, тем
больше в осадке будет гидрокарбоната натрия. При этом следует отметить,
что конечная температура суспензии определяется не количеством
выпавшего гндрокарбоната натрия, а его качеством. Степень карбонизации
никогда не доводится до равновесной, так как по мере приближения к
состоянию равновесия скорость процесса абсорбции диоксида углерода
существешю замедляется и в этом случае для процесса требуется длительное
время.
Влияние температуры на скорость кристаллизации гидрокарбоната
натрия зависит от интенсивности перемешивания раствора. При повышении
температуры увеличивается степень пересыщения раствора, что объясняется
увеличением растворимости гидрокарбоната натрия, и снижается скорость
кристаллизации. С другой стороны при этом растёт скорость диффузии, а
это ведёт к увеличению скорости кристаллизации.
При небольшой интенсивности перемешивания процесс идёт в диффузи­
онной области кристаллизации и при повышении температуры скорость
кристаллизации снижается, а при высокой интенсивности п ер е м еш и в аю
процесс протекает в кинетической области кристаллизации и с повышен
температуры
скорость
кристаллизации
увеличивается,
та*
температурный коэффициент скорости кинетических процесс0
выше температурного коэффициента скорости диф ф узионно лр
Для получения
крупных кристаллов гидрокарбона™ _т? й с1!ИЖаю т
небольшая скорость кристаллизации. Для создания
‘ р увсличивают
пересыщение повышением температуры раствора до » 278
содержание гидрокарбоната натрия в колонной жидкости
карбонизацию.
жидкости, подаваемой иа
Общая щелочность колонной жидкости около ЯП .. „
гидрокарбоната натрия около 30 - 34 „.д. П о ^ С а Т д Г а ^ о
высокую температуру жидкости в карбонизационной колонне”
д“
выхода суспензии из карбонизационной колонны, где температуру C 2 Z
до 60-70-С. В этих условиях в маточном растворе о т ™ 6оЛ1^
количество растворенного гидрокарбоната натрия. Этот маточник
возвращается в голову процесса для получения исходного содового раствооа
добавлением к нему технического гидрокарбоната натрия
Получению крупных кристаллов гидрокарбоната натрия способствует и
конструкция
карбоколонны, которая имеет малое число тарелок Это
способствует продольному перемешиванию жидкости внутри колонны,
выносу мелких кристаллов (затравки) из нижней части колонны в верхнюю
и выравниванию концентрации солей по высоте колонны, что также
способствует снятию пересыщения.
Технологические схемы производства очищенного бикарбоната натрия
Технологические схемы получения гидрокарбоната натрия «мокрым» я
«сухим» способом отличаются в основном только способом приготовления
исходного содового раствора. Дальнейшая переработка содового раствора в
очищенный бикарбонат натрия как при «мокром», так и при «сухом»
способах аналогична и включает следующие операции:
осветление содового раствора;
карбонизация осветлённого содового раствора;
фильтрация суспензии гидрокарбоната натрия;
сушка влажного гидрокарбоната натрия;
классификация и размол, магнитная сепарация и упаковка.
На рис. 74 представлена схема узла приготовления содового раствора
декарбонизацией суспензии гидрокарбоната натрия. Сырой пщрокарбонат
натрия подастся с вакуум-фильтра отделения фильтрации производства
кальцинированной соды в бункер 1 и через дозатор 2 поступает в мешалку 3
для приготовления суспензии гидрокарбоната натрия. В эту же мешалку 3
поступает маточный раствор, образующийся при разделетш суспензии
очищенного гидрокарбоната натрия и при необходимости конденсат.
Жидкую фазу добавляют до создания общей щелочности содового раствора
110-115 н.д., чтобы общая щелочность содового раствора в результате
Декарбонизации достигла 105-110 н.д.
Из мешалки 3 суспензию подают насосом 4 на третью сверху та
декар-бонатора 5. Две самые верхние царги декарбонатора служат
сепарации под-нимающсйся парогазовой смссш Снизу в дек р
Подаётся острый пар под давлением 0.4-0.5 кгс/см .
279
fd- й пт ы м иы / инш /х^
280
схема
производст ва
очищ енного
1 — б ункер; 2- д о зато р ; 3- м еш алка; 4,6- ц ен т р о б еж н ы е н а с о с ы ;
5- д е к а р б о н а т о р ; 7- сборник содового р а с т в о р а
содового
«м окры м»
суспензии
способом
декар бо н и зац и ей
натрия
раствора
гидро карб она т а
Т ех н о л о ги ч е ска я схема узла приготовления
ги д р о к ар б о н ата н а т р и я
Т ехнологическая
£
Р ис. 74.
ш ғ
Образующийся содовый раствор выводится из имя™.» „
сборника 7 и насосом 6 откачиваете, в с6™
«^натора ~
отделение карбонизации. В отходящей из Декарбонэтора п ам ™ РаТ Ра 8
содержится до 98% диоксида углерода в пересчете на стхой^Г и не
количество аммиака. Этот газ смешивают с газом калышиямтГ НС|!ОТОРое
Г ь,.
“ ,“ Г = , Т ™
содержится около 415 кг диоксида углерода и 20 кг аммиака
На рис. 75 представлена технологическая схема производства
гидрокарбоната натрия из содового раствора, полученного «мокрым»
I
способом.
I
Содовый раствор из отделения декарбонизации собирается в сборнике ис­
ходного содового раствора 3, где происходит его осветление путем отстаива
ния. Отстой периодически удаляется из конической части сборника и
отправляется в отделение рассолоочистки для использования. Осветлённый
раствор из сборника 3 далее поступает в два попеременно работающих
сборника 2, где происходит приготовление колонной жидкости, то есть
содового раствора подаваемого на карбонизацию с общей щелочностью 86
н.д. Раствор такой концентрации обеспечивает высокую скорость абсорбции
диоксида углерода при высокой производительности карбоколонпы. В зшг
же сборник 2 подают маточную жидкость после сгустителя н центрифуг и в
случае необходимости конденсат. Для разбавлепия подают оборотный
раствор (слабую жидкость). Полученная при этом так называемая колонная
жидкость насосом 1 направляется
на вторую сверху тарелку
карбонизационной колонны 4. Верхняя первая тарелка выполняет роль
брызгоуловителя. Избыток колошюй жидкости через перелив возвращается
в сборник 2. В низ карбонизационной колонны 4 подают газ из
известковых печей с давлением 2,5 ата, содержащий диоксид углерода. Газ
предварительно проходит очистку от механических примесей в промывателе
газа 14. Для создания высокой скорости абсорбции содержание диоксида
углерода в печном газе должно быть не ниже 32 - 39,5%. В отходящем из
карбонизационной колонны газе содержание диоксида углерода стекается
до 1 6 - 27%. Э т о т газ выбрасывается в атмосферу.
Образовавшаяся в карбонизационной колонне суспензия бикарбоната
натрия отводится из колонны в отстойник-сгуститель 5, где сгущается до
соотношения т : ж = примерно 1,0. Этот отстойник пужеп для сгущения
суспензии перед центрифугой до консистенции, отвечающей требованиям
нормальной работы центрифуги (т : ж = 1,0-1,1). Сгущенная часть суспензии
направляется на центрифугу б. Осадок бикарбоната натрия промывается при
необходимости водой и с центрифуги передается шнековым транспортером в
барабанную сушилку 12. Перелив из отстойника-сгустителя э и
после центрифуги 6 поступают в сборники и откачиваются изэти*
в отделение декарбонизации для приготовления колонной жил
рассолоочистку.
281
Влажность бикарбоната патрия после центрифуги 2,5-3 5°/ г
гидро-карбоната производится в сушильном барабане 12 горячим в
^ШКа
подаваемым противотоком с температурой 105-110“С. Воздух перед ^ X°M’
в сушилку предварительно нагревается в калорифере водяным па П°Дачей
выходе из сушилки температура воздуха составляет 55-60°С Этот
отсасывается из сушилки вентилятором 7, идет в рукавный фильтпВ8ЗДУХ
очистки от пыли сухого гидрокарбоната и далее выбрасывается в arMccd!^
Сухой гидрокарбонат из сушилки с температурой 45-50°С п
^
элеватором 9 на сито-классификатор 10, на котором делится на н е о Г ^ 0’1
фракций. Крупные фракции измельчаются и повторно проходят через
классифика-тор. Пыль из рукавного фильтра 8 присоединяется к основнТ^
потоку сухого гидрокарбоната, выходящему из сушилки. Сух”»
гидрокарбонат после сита проходит через магнитный сепаратор п р ­
очистки от металлических примесей и далее отправляется на упаковку
На
рис. 75
представлена технологическая
схема получения
гидрокарбоната натрия «сухим» способом. Твёрдую кальцинированную соду
подают пневмотрапспортом
из отделения кальцинации в циклон 7
Выходящий из циклона очищенный от пыли соды, воздух поступает в
промыватель 6, где промывается промывной водой и далее с помощью
вытяжного вакуум-насоса выбрасывается в атмосферу. Промывная вода из
промывателя 6 поступает в бачок 1 и из него отправляется в отделение
очистки рассола Кальцинированная сода из нижней части циклона 7
подается в бункер соды 5, а из него в шнековый растворитель 4. В качестве
растворителя применяют слабую жидкость, нагретую в подогревателе 8 до
90-95 “С. Приготовленный содовый раствор
поступает в сборпик
нормального содового раствора 3 и далее в отстойник 2. Осветленный
раствор из отстойника перекачивают насосом 20 наверх карбонизационной
колонны 9. Избыток раствора из карбоколонны сливается в бак 19, из
которого может вновь возвращаться в карбоколонну с помощью насоса 20.
Снизу в колонну углекислотным компрессором подаётся газ, содержащий
диоксид углерода Выходящий из карбоколонны 9 газ проходит через
брызгоуловитель и далее выбрасывается в атмосферу.
В результате карбонизации раствора кальцинированной соды образуется
гидрокарбонат натрия, растворимость которого значительно ниже, чем
карбоната натрия и поэтому он выпадает в осадок. Суспензия гидрокарбоната
натрия из карбоколонны 9
подаётся в отстойник-сгуститель
•
Уплотнешгый осадок гидрокарбоната натрия из отстойника-сгуспгге
подаётся на центрифугу 12 для отжатая маточного раствора^ Далее о
^
от жидкости гидрокарбонат патрия подается в сушилку 17. Сушка в
„
гидрокарбоната натрия осуществляется горячим воздухом, наг
^
вентилятором 18. Предварительно воздух нагревается 8 к .
_ ц где
водяным паром. После сушилки воздух поступает в РУкаа”ь
атМосферУочищается от пыли гидрокарбоната натрия и далее выводит
282
Эрнтми таСрллш
учу» солали эрмтма ва NallC'Oj сусиси
о С
Ч
S 5 оN
0 . 2 0
Я
283
2
с а
S
о
VO
& S -1
О Ю ^
f
5 °4. S
se a ;
E x^s
rr о о*U SД
О ”
VO s c o o .
О, u.
i-u
cs “
5 §
Ь 1Я
Слаба*
§ a
X * 8 Д
1 i S a
! f ^ .1
. Г" .
^ « 2 ОO—o
I
ji Й Vs* P
15 ^ о
s if
w = £ f ° i *■"6* SI
x« 5*5
o’ ©
cj «
о «о
Я '
я
pH
284
| g *,
I Si-
5”
;
j
I I if !
a S’ о
2! § 5
Сухой гидрокарбонат натрия из сушилки 17 элевато
сито-классификатор 14 (сито-трясучка). После р азЛ Т " ^ Подаеге" на
продукт проходит через м апптты е сепаратопы и „
Фрамши
упаковку.
Р 15 и ^ Р ^ с т с я на
В карбошиациогшой колонне постепенно оседает гипноз л
что приводит к росту пшравличсского с о п р о т и в л ^ Т Г " H a lm
производительности. Поэтому для обеспечения непрерывного
у™
_ » , л .. ,*6 .™ « ,™ . По
JC rr s r ;
останавливают на чистку и в это врем, включают в р а б Г Г р ™
карбоколонну. Промывка колонны производится паром и г о р я ч е н ™ ^
через каждые 12 - 18 суток непрерывной работы в течение примерно 30
часов. Образующуюся при промывке слабую жидкость направляют в
рассолоочистку.
А ппарат ура производства бикарбоната натрия
Основным аппаратом отделения приготовления содового раствора «мок­
рым» способом является декарбонатор. Применяются
барботажные
декарбонаторы двух типов: тарельчатые и барботажно-скрубберные.
В барботажных дскарбонаторах на тарелке располагается круглый
зубчатый колпачок. Их достоинства: сильно развитая поверхность контакта
фаз; более длительное пребывание жидкости в аппарате, что обеспечивает
более высокую степень разложения бикарбоната натрия; меньшая
чувствительность к колебаниям нагрузки. Недостатки: более высокое
гидравлическое сопротивление и
большая металлоёмкость, чем у
барботажноскрубберных аппаратов.
В барботажно-скрубберпых декарбонаторах в пижней части имеется
насадка, а в верхней части декарбонатора - одноколпачковыс тарелки. Их
достоинства: меньшее гидравлическое сопротивление, сравнительно более
высокая производительность. Недостатки: трудность получения высоких
степеней разложения бикарбоната натрия; сравнительно быстрое засорепие
оросителя и насадки; скрубберная
часть аппарата чувствительна к
изменениям нагрузки по жидкости и пару.
Основным аппаратом отделения переработки содового раствора является
карбонизационная
колонна.
Используются
карбоколонны
с
одноколпачковыми тарелками. Тарелки не имеют специальных переливов и
поэтому вся колонна заполнена жидкостью. Между тарелками большое
расстояние 1,2 - 1,57м. Боль-шое расстояние между тар<дкамн^п°собствует
вертикальному перемешиванию жидкости внутри колонпы, что позволяет
получать более однородные по размс-рам кристаллы гндрокарбонага ИЗТР ^ '
уменьшает инкрустащпо колошгы гпд-рокарбопатом натрия и тем сам
способствует увеличению продолжи-тельности ее безостановочной раоо ^
Тарелка карбоколонны
имеет колпак с центральным отвер
зубчатыми краями. По всей поверхности колпака просверлс ^ ^ ^ мм
конической формы с наружным диаметром 12 мм, внутри
285
Днищ е тарелки имеет слаба выраженную сферическую форму, в Це1ггре
днища имеется центральное отверстие.
Для
разделения
сгущ енной
в
отстойнике-сгустителе
суспензии
гидрокарбоната натрия применяются центрифуги непрерывного действия
автоматические горизонтальные.
Для сушки влажного гидрокарбоната натрия применяются сушилки бара­
банные и пневматические.
18. Контрольные вопросы
1 .Значение бикарбоната натрия для экономики.
2. Последовательность стадий «М окрого» сп особа получения бикарбоната
натрия.
3 .Требования к пищ евому бикарбонату натрия.
4 .Технологическая схем а«С ухого» сп особа получения бикарбоната натрия.
б.Сравнение «М окрого»!) «С ухого» сп особов получения бикарбоната натрия.
6 .Какие реакцгДО протекают в проц ессе получения бикарбоната натрия.
7 . Ф и з и к о - химические свойства бикарбоната натрия.
286
ГЛАВА XIX. ПРОИЗВОДСТВО КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ
Каустическая сода, едкий натр, гидроксид натрия к ы ш „
собой белую твердую непрозрачную массу, которая ж адно п о гл ощ Т е?^
воздуха водяные пары и диоксид углерода. Отиоситепы».
« •“ *
' 39-” '
а »
»/«■, т о , ™
Г —
В воде едкий натр хорошо растворим. С водой образует
кристаллогидраты: гептагидрат -N a 0 H 7H20 и полупщратЫаОНО 5Н,0
Каустическая сода является одной из самых сильных щелочей. В водных
растворах, являясь электролитом она диссоциирует на катион Na* и анион
гидроксила ОН'. При нейтрализации кислот едким натром образуются
хорошо растворимые в воде натриевые соли. Растительные и животные жиры
легко взаимодействуют (омыляются) с едким натром. При омылепии
образуются соли жирных кислот.
Каустическая сода является едким веществом. При попадании на кожу
она вызывает долго незаживающие химические ожоги, может привести при
систематическом воздействии
язвы и экземы. Предельно допустимая
концентрация каустической соды в воздухе производственных помещений
0,5 мг/м3.
Едкий натр выпускают в твердом и жидком виде. В соответствии с
требованиями ГОСТ 2263-79 он выпускается следующих марок: ТР твердый ртутный (чешуированый), плавленый и ТД - твердый
диафрагменный (плавленый). РР - раствор ртутный, РХ - раствор
химический, РД - раствор диафрагменный. В таблице 58 приведены данные
о требованиях ГОСТ 2263-79 к различным маркам каустической соды.
Таблица 58. Требования к качеству каустической соды
по ГОСТ 2263-79
Показатель
ТР
ТД
РР
РХ
1-ый сорт
Массовая доля гидроксила
98,5
94,0
42,0
45,5
РД
1
Высший
сорт
46,0
Массовая доля углекислого
0,8
1,0
0,5
1,1
0,6
Массовая доля хлористого
0,05
3,5
0,05
1,0
3,0
0,008
0,007
Массовая доля железа в пере-
0,004
0,03
0,0015
Массовая доля сульфата
0,03
0,4
0,03
Массовая доля хлорновато­
кислого натрия. %. не более
0,01
0,06
287
0,01
Не нормируется
Не нор­
мируется
о,£>
Твердый едкий натр плавленый транспортируют в стальных барабш
емкостью 5 0 -1 7 0 л, чсшунрованый - в полиэтиленовых мешках, вложен **
в стальные барабаны емкостью 25 - 100 л и со сьемным верхним днищем
Жвдкий едкий натр транспортируют в железнодорожных цистернах
Едкий
натр является многотоннажным продуктом химичес
промышленности. Мировое производство едкого натра составляет более 4П
млн. т в год. Он находит широкое применение в химической
нефтехимической, целлюлознобумажной
отраслях промышленности
цветной металлургии для производства глинозема из бокситов, а также
производстве бумаги, мы ла искусственных волокон, металлического натрия
и др.
Существуют два основных метода получения каустической соды:
- химический
- электрохимический.
К химическому методу производства относятся:
- ферритный способ,
- известковый способ.
К электрохимическому методу производства относятся:
- электролиз с железным катодом,
- электролиз с ртутным катодом,
- мембранный электролиз.
1.Химические способы
1.1. Известковый способ
В 1844 г. был реализован способ получения едкого натра
взаимодействием кальцинированной соды с известковым молоком известковый способ. В основе этого способа лежит реакция каустификации:
Ыа2СОз „ + Са(ОН)2 „ = CaCOjr, + 2NaOH„, + 0,84 кДж
Эта реакция идет очень медленно, так как имеется твердая фаза. За одну
ступень не удается разложить всю соду и использовать все известковое
молоко. Поэтому процесс ведут в нескольких ступенях.
Стелете каустификации - это количество соды перешедшее в едкий
натр, отнесенное к исходному количеству соды. Степень каустификации
мало зависит от температуры процесса и достигает при температурах 80 100°С примерно 97%. Но от температуры сильно зависит скорость ПР0Ц®“ ^
Так при температуре 80“С процесс длится 12 час., а при температуре 1
он заканчивается затри часа. Реакцию каустификации проводят в аппаратах с
мешалками. Внутри каустификатора имеется змеевик для подачи пара
Увеличение температуры способствует выпадению крупнокристаллическ
осадка карбоната кальция, что облегчает отделение его от раствора
натра. Отделение шлама производят в отстойниках. Окончатс
288
отделение шлама производят на барабанных ваюл™ ж„
карбоната кальция затем промывают в н е с к о р
предотвращения потерь едкого натра.
0 ступенсй
м
Для
В РС! УЛ1Т! " „Р1аГ'ШИЛ ™
ФИКаЦИИ и последующего отделения шлама
получается разбавленный раствор едкого натра с концентрацией Г ш Г
Этот раствор далее подвергают упариванию. Если н е о б х о д и м о го —
твердый ка-устик. то после достижения на выпарке концентрации щ 1 Г в
7 0 % , дальней-шее повышение концентрации производят в ллаГадьньк
котлах.
Температура кипения чистого едкого натра при атмосферном давлении
составляет 1388°С. Полное обезвоживание каустика возможно только при
такой температуре. Присутствие небольшого количества воды резко снижает
температуру кипения едкого натра. Так при содержании 0,5% воды
температура кипения составляет 530°С, а при содержании 1,0% воды - 400°С
На рис. 77 представлена принципиальная технологическая схема узла
каустификации производства каустической соды известковым способом.
Для реакции каустификации готовится нормальный содовый раствор с
концентрацией
12%
кальцинированной
соды. Готовится сперва
концентрированный раствор или растворением готовой кальцинированной
соды или
мокрой кальцинацией технического бикарбоната натрия в
декарбонаторах. Затем концен-трированный содовый раствор разбавляется
до нормального промывными водами в сборнике нормального содового
раствора 1. Из этого сборника раствор подается в первый каустификатор 2. В
него подается и суспензия гидро-ксида кальция - известковое молоко.
На первую каустификацию подают все количество известкового молока
и большую часть нормального содового раствора. Образовавшаяся суспензия
поступает в первый отстойник 3, из которого шлам, содержащий
неиспользованный
гидроксид
кальция, продается на повторную
каустификацию 4 и туда же подается остальное количество нормального
содового раствора. Суспензия из второго каустифнкатора поступает во
второй отстойник —5. Из второго отстойника сгущештый шлам подается па
барабанный вакуум-фильтр 6 . Далее шлам рспульпирустся, промывается и
откачивается на «белое море». Щелока из первого и второго отстойников
направляются в сборник 7 и далее поступают на упаривание. Промывные
воды от промывки шлама (карбопата кальция) содержащие некоторое
количество едкого натра возвращаются на разбавление крепкого содового
раствора.
В настоящее время
известковый способ производства едкого натра
применяется крайне редко. Из более 40 млн. т годового производства этим
способом получают менее 200 тыс. т едкого натра. Это
ъясняетс
следующими основными причинами:
- низкой концентрацией щелоков, получаемых при каустаф
- наличием в щелоках примесей, что не позволяет получа
высокого качества;
289
•
-
большими энергозатратами иа концентрирование разбавленных
щелоков;
- необходимость расходования кальцинированной соды;
- наличие нсутилизирусмых отходов
- большие капитальные затраты.
- водами в сборнике нормального содового раствора I .
На рис. 77 Приведена технологическая схема отделения каустификации.
Основной особенностью этой схемы является одновременное проведение ре­
акций гашения извести и каустификации содового раствора в одном аппарате
-гасителе- каустификаторс, в котором степень каустификации достигает 7580%. На гашение извести в гаситель подают не воду, как обычно, а содовый
раствор. Для уменьшения потерь извести в технологической схеме преду­
сматривается дополнительная каустификация образовавшегося в гасителекаустификаторе шлама, содержащего нспрореагировавший СаО.
Жженая известь из силоса - хранилища 1 дозируется лотковым питате­
лем 2 в гаситель - каустификатор 4. Одновременно с известью на напорной
мешалке 3 в гаситель поступает «нормальный» содовый раствор (93-95% от
стехиометрического). Напорная мешалка 3 имеет перелив, через который из­
быток «нормального» содового раствора сливается в мешалку перелива 26
Суспензия, содержащая№ОН, Na2CO, СаСОи избыточную известь, по
сифонпой трубе перетекает в сифонное корыто б с сетчатой корзиной, кото­
рая имеет отверстия размером 4x4 мм. Не прошедшее через отверстие кусоч­
ки извести и не сгоревшего топлива периодически, вручную, выгружаются из
корзины в отвал. Негашеные крупные куски извести и необожженный из­
вестняк промывают у порога гасителя водой (на рисунке не показано), идут в
бункер нсдопала 5 и из него возвращаются на повторный обжиг или направ­
ляются в отвал.
Из сифонного корыта б суспензия перетекает в приёмную мешалку
суспензии 25, затем переходит в пескоуловитель 24 и насосом 23 подается на
каустификатор первой каустификации 7 для более полного использования
извести. Степень каустификации раствора на выходе из каустификатора 7 со­
ставляет около 84%. Избыток суспензии на мешалке 25 через перелив попа­
дает в мешалку перелива 26, смешивается с «пормалышм» содовым раство­
ром и насосом 27 перекачивается в напорный сборник 3 гасителя- каустифи­
катора. Здесь суспензия после получасового пребывания проходит пескоуловитсль (на рисунке не показана) и центробежным насосом 23 подастся в ряд
параллельно работающих отстойников 9 (на схеме показано один отстойник).
Осветленный слабый щелок при температуре около 80 “С, содержащи
в среднем 130 г/л NaOH, 30 г/л Ыа2С 0 3и 11,3 г/л Na2SO,, отбирают из пере­
ливного желоба в отстойник и собирают в сборнике слабых щелоков 1 , а
лее передают на выпарку. Шлам из отстойника 9 поступает в каустифика
10.
290
Для более полного использования оставшейся . т в
каустификацию проводят при большом избытке
^
НЗВес™
димый для создания требуемого избытка соловывОДЫ
“ 50%)' Необхофикатор 10. Здесь степень каустифихации васп,п* Г Т Р П°ДаЮТ в каусти'
55 %.
Р«твора ооычно не превышает
Д л я р а з ж и ж е н и я ш л а м а в каустификатоо 10
костъ со второго яр у с а ш естаярусногопром ы вателя т Г Г и 4 " 0
ярус промывателя шлама 19 насосом 20 подают суспеГ иГ
В' рХПИЙ
ра 10. Промывка шлама промывателя 19 осушесгил
И3 кау<г™ФикаТ(>ления выпарки и фильтратом шламовых фильтров
*опдепсатом °тдесборнике 15.
фИЛЬТр0В 12- “ сшивающимися в
Промывную воду при температуре примерно 75°г
промыватель 19 противоточного шламу снизу вверх с помощь”
! ^ ?
С верхнего яруса промывателя промывная промывная вода н а п р а в ^ я в
отделение выпарки для растворения солей выпарки {Na,COjH N a ,S O ,T ^ l
ляющихся при концентрировании слабого щелока. Промыть,й ша.ч имГю
щий температуру 75-80'С , поступает в сборник шлама 18 и подастся в коры
то барабанного вакуум - фильтра 12. Отфильтрованный и промытый конден­
сатом шлам срезают с поверхности фильтра в шнековую мешалку 14 к кото­
рую одновременно подают воду для разбавления шлама, и через сборник
м еш алку-ш лама 1б_насосом 17 откачивают на «белое море».
"« В ^асто ящ се время
известковый способ производства едкого натра
приметЪцттся крайне редко. Из более 40 млн. т годового производства этим
способом^получаю т менее 200 тыс. т едкого/натра. Это объясняется
следующими Основными причинами:
-
низкой концентрацией щелоков,^получаемых при каустификации;
-
наличием в щелоках примесей, что не позволяет получать продукт
высокого кач ествах
-
большими энергозатратами на кокцетрирование разбавленных
щелоков;
-
необходимость расходования кальцинированной соды;
-
наличие неутилизируемых отходов
-
большие капитальные затраты.
-
водбми в сборнике нормального содового раствора 1.
291
способ получе11ияедкого11атра
э т о т способ получения едкого натра был предложен а 1**•> о
на процессе прокаливания кальцинированной соды
Г'
и последующем разложении, образовавшегося ф ер р и ^ н ^ ад
основаи
N a2CO, + FeeO, = Na^O FejOj + с о , . 162>7 кДж
NaeO Fe20 , + H20 = 2NaOH + Ғе*>, + 95,1 кДж
Скорость разложения соды резко возрастает с ростом т е м п е
Поэтому процесс спекания ведут при температуре 1000°С
раТурыСвежий оксид железа малоактивен. При повторном использовании его ах
тивностъ повышается. На практике использовали двукратный избыток оксида
железа по отношению к кальцинированной соде. Спекание производится во
вращающейся
барабанной печи, футерованной хромомагпезиговым
кирпичом.
После спекания полученный феррит натрия охлаждают гашением слабой
жидкостью и водой. Затем подают на выщелачивание. При выщелачивании
феррит натрия переходит в раствор, а затем в растворе происходит его
гидролиз с получением раствора едкого натра. Выщелачивание ведут
последовательно в батарее из нескольких выщелачивателе при повышенных
до 85 - 100°С темпе-ратурах. Выходящий из последнего выщелачивателя
раствор содержит 360 г/л едкого натра и около 40 г/л кальципированпой
соды.
Далее полученный раствор направляется на выпарку до концентрации 620
- 660 г/л едкого натра. В процессе выпарки кальцинированная сода выпадает
в осадок. Поэтому после второй ступени выпарки раствор направляют па
вакуум-фильтр. А затем направляют на дальнейшее упаривание. В случае
необходимости получения твердого продукта концентрированный раствор
каустической соды далее подвергается плавке.
Следует отметить, что в настоящее время этот способ получения едкого
натра не применяется. Причины:
громоздкость и многостадийность
технологии; малая степень механизации и автоматизации; энергоемкость,
необходимость использования в качестве сырья кальцинированной соды.
2. Электрохимические способы производства едкого натра
С развитием производства электроэнергии возник ’” ^ “ И„ ”с^абс
ютод получения
едкого натра. Впервые в пр0“
|890 г особенно
лектролиз растворов поваренной соли был осуществ.
в хлоре „
аироко он начал распространяться в связи с потре
способов
лорных п р о д у к т ^ . Сырьем для всех электрохимических снос
293
получения едкого натра являются поваренная соль и вода. Растворением
поваренной соли получают рассолы, которые перед электролизом
подвергаются тщательной очистке от примесей. Чаще всего применяют
содово-каустический способ очистки рассолов от катионов кальция
магния. От аниона сульфата очистку производят с помощью солей бария1
которые осаждают сульфат-ион в виде практически нерастворимого сульфата
бария. Для ртутного электролиза производят дополнительную очистку от
солей тяжелых металлов. Для мембращюго электролиза дополнительная
более глубокая очистка от примесей осуществляется с помощью
ионообменных смол.
В водных растворах поваренная соль, как соль сильного основания и
сильной кислоты диссоциирует на катион натрия и анион хлора:
NaCI = Na* + С1'
А вода, являясь очень слабым электролитом, хотя и в малой степени диссо­
циирует на катион водорода и анион гидроксильного остатка:
Н20 = Н* + ОН
Какие именно катионы и анионы будут разряжаться на катодах или анодах
при создании необходимой разности потенциалов между ними будет
зависеть от многих факторов, в том числе и от того какие материалы
используются для катодов.
2.1. Ф изико-химические основы процесса электролиза
Электрохимические процессы - это такие, в которых химические
процессы протекают под действием постоянного электрического тока.
Критериями для характеристики электрохимических процессов являются:
- выход по току,
- коэффициент использования энергии.
Выход по току - это отношение количества вещества (Оф), полученного
фактически при электролизе в результате затраты определенного количества
электричества, к количеству вещества (G ,) , которое должно было бы
получиться в соответствии с законами Фарадея. Выход по току выражается в
%:
= 10 0 С ф / G T
Выход по току всегда меньше 100%,что объясняется протеканием
побочных химических или электрохимических процессов.
З ак оны Ф арадея:
294
j. Количество
вещества,
выделившееся пя
пропорционально количеству электричек! эле,аТ>°адх, прямо
электролит.
прошедшему через
2 . При прохождении одного и того же количества
разные электролиты количества веществ вьш
’Ле1арячества через
пропорциональны химическим эквиваленты !™ ВШНХСЯ на м епродах.
То есть для выделения ] г_экв
любог^ ' Веществизрасходовать одно и тоже количество электриче'т'” ! ! "еобхояимо
электричества называ-ется числом Фарадея и составляет*; 8 адпе“ ^ 7 °
Т еоретически
количество
определяется по ф орм уле:
полученного
при э л е к ™ ™ ,
кгролнзе вещества
G ,= I тЕ /1000
GT- B к г ,
I - сила тока, ампер
т - продолжительность электролиза, часы
Е - электрохимический эквивалент вещества - количество вещества,
выделяющегося на электроде при прохождении 1 а-ч
электричества.
Для едкого натра Е=1,492 , для водорода Е=0,037б, для хлора Е = 1,323.
где:
Равновесный электродный потенциал рассчитывают по уравнению
Нернста:
(р = <р° ± RT In C/zF
где: <р° - стандартный электродный потенциал, (в)
R - газовая постоянная ( л-атм/г-моль град)
Т - температура, (К)
F - число Фарадея, 96500(к)
С - концентрация, г-экв/л
Теоретически электролиз должен начаться тогда, приложенное к ванне
напряжение превысит хотя бы на бескопечно малую величину теоретическое
напряжение разложения V „ равное разности равновесных потенциалов
анодной и катодной реакций в данных условиях:
V , = Фч> - 4>«р
Но при этом скорость электролиза будет беск™ '<Ш° “ “ ! ы1^ щ е е
увеличения необходимо приложить к ванне напряжени
у пре0д0ленис
напряжение разложения, которое затрачивается
V . и аноде, а
концентрационной поляри-зацин и перенапряжения на
также на преодоление омического сопротивления электролита, электродов
диафрагмы (при диафрагменном элек-тролизе) и различных контактов.
Поляризация - это разность потенциалов противоположная по знаку
приложенной к электродам извне. Она появляется вследствие образования
гальванического элемента, образуемого
продуктами электролиза или
разностью концентрацией электролита на различных участках ванны.
Таким образом, напряжение на ванне, то есть разность потенциалов
между электродами, равно сумме напряжений:
V * = (ч>.р - ФиО + фгов + (ф . - ф .) + Z I R
где: феи - концентрационная поляризация, (в)
фа и ф ,- анодное и катодное перенапряжение, (в)
- сумма омических сопротивлений , (ом)
I - сила тока, (а)
R - сопротивление, (ом)
Теоретический расход энергии на электролиз:
WT= V,T т
Или на единицу продукта:
WT= VTT т/Gt
Фактический расход энергии V /ф превышает теоретический, так как Уф
превышает напряжение разложения в данных условиях и поэтому выход по
току всегда меньше 100%:
W* = VTT т/ г|
Или на единицу продукта:
ЗУФ = У ф Т t / G +
Степень использования энергии характеризуется коэффициентом ис­
пользования энергии:
ц = 100 Wt/W+ % = Vt" ц/ V*
Расходный коэффициент по энергии можно определить по формуле:
(3 = У ф ! TJG/f ( к в т - ч /к г )
296
2 .2 .
Диаф рагм епны й электролиз
В диафрагмснном электролизе в качестве като
качестве анода - графит. Электролит - водный Г ИСПОЛЬЗуют * « “ <>. а в
При прохождении электрического тока на аноде мо Р ПОВареииой с°™кислорода и хлора по анодным реакциям:
ожилгггь выделения
2Н20 - 4 е = О, + 4н* (а)
2С Г - 2 е = С12
(6)
Равновесный потенциал реакции (а1 в
поваренной соли составляет +0,82в, а реакции (6) +1 з “ "Ч™ном раствоРе
на аноде с малым перенапряжением должен в первую
кислород. Однако на графитовых анодах перенапряжете
кислорода намного выше, чем перенапряжение выделению хлора, Г п о э т З
„а них будет происходить разрядка ионов хлора с выделением газообразно™
хлора. Выделение хлора облегчается с ростом концентрации поваренной
соли в растворе, вследствие уменьшения при этом величины равновесного
потенциала.
На железном катоде происходит первичное выделепие водорода н
образование щелочи:
2 Н 20 - 2е = Н2+ 20Н'
Суммарный процесс электролиза раствора поваренной соли с
использованием железного катода:
2 Н20 + 2 NaCI = С12 + Н2 + 2 NaOH
При электролизе могут протекать побочные реакции. Выделяющийся на
аноде хлор может взаимодействовать
с водой с образованием
хлорноватистой и соляной кислот.
С12 + Н 20 = Н С 1 0 +НС1
Анионы СЮ ' на аноде могут окисляться до СЮ'з (хлорноватая кислота
—HClOj). Для предотвращения этих процессоз необходимо следующее
- разделение катодного и анодного пространств диафрагмо
(фильтрующая диафрагма из асбеста),
- фильтрация электролита через диафрагму в напраал
противоположном д в и ж е н и ю ионов ОН" к аноду,
- поддержание определенной концентрации щелочи в эле
297
В случае диффузии щелочи к аноду или перемешивании анодных и кат
ных продуктов эти кислоты будут нейтрализоваться едким натром:
Д
НСЮ + NaOH = NaCIO + Н20
H Q +NaOH = N aQ + Н20
Рис. 78. Ванна с железным катодом
1- железный катод; 2- графитовый анод; 3- асбестовая диафрагма;
4- анодное пространство; 5- катодное пространство; б - элскгролнзная ванна.
На рис. 78 представлено принципиальное устройство ванны с железным
катодом и с фильтрующей диафрагмой.
Процесс электролиза с использованием железного катода проводят в
электролизных ваннах. В ванне имеется перфорированный (со сквозными
отвер-стиями) железный катод и графитовый анод. К катоду плотно
прилегает фильтрующая асбестовая диафрагма (картонная).
Раствор
поваренной соли подастся в анодное пространство и благодаря
гидростатическому давлению фильтруется сквозь слой асбеста и достигает
катода. При
прохождении постоянного электрического тока на аноде
образуется хлор, на катоде - водород и едкий натр, который стекает сквозь
отверстия в катоде в катодное пространство.
В ванне не происходит полного разложения поваренной соли и
устанавливаются постоянные концентрации едкого натра и поваренной соли.
В электролитическом щелоке, вытекающем из ванны, содержится 110-1
г/л едкого натра и 170 - 180 г/л поваренной соли. Для увеличения
производительности ванн увеличивают катодную поверхность усложнением
формы катода, а диафрагма из асбестового волокна наносится (осаждается
298
на поверхность катода из суспензии волокно в m
(ванны с осажденноП диафрагмой),
ЧМОЧНо-солвиом растворе
Нагрузка ванны 5000 - 30000а, напряжение 3 Г
_ 9 6 %; расход энергии на 1 т едкого паф а - 2350 Ш п " 'К°П П° Току ~ 93'5
2840 квт-ч; концентрация едкого натра 120-140 г/л
№ ' 4’ 1 ТХЛ0Ра -
2.3.
Э лект ролиз « ваннах с ртутным катпдом
В этом случае в качестве анода, как и в предыдущем с ™ ,,
графит, а катодом является жидкая ртуть. Прн пропусЛин
поваренной соли постоянного электрического тока на m 1 Р раствор
происходит разряд ионов хлора е выделением газообраз.шго Л р Т к Г Г '
случае диафрагменного электролиза.
На ртутном кашде Л слснн
водорода происходит с большим перенапряжением. На железпомТЛа!
потенциал вьщеления водорода равен -0,415в, а нам ртутном 1 7 - 1 85
Натрий наоборот на ртутном катоде выделяется с эффектом депошфизации’'
обусловленным
образованием амальгамы натрия - NaHg, Поэтому!
потенциал разряда катиона натрия на ртутном катоде ниже равновесного и
равен 1,2 в, в то время как равновесный потенциал равен 2,7 в. Таким
образом, на ртутном катоде протекают следующие процессы:
N a+ + е = Na
и
Na+ nHg =NaHg„
Р ис. 75.
П р и н ц и п и а л ь н а я сх е м а электролиза с
1- Электролизер; 2 - разлагатсль; 3- графшовый апод 4- рзутмй Ш Д
5- подъемшос.
И з ч е г о в и д н о , ч т о н а р ту тн о м катоде водород не вь'л ™ ’™ - гтеле
А м а л ь г а м а н а т р и я в ы в о д и т с я и з электрол и зера и разлагаете
водой:
299
NaHg„ + H20 =NaOH + 0.5Hj + Hg
Электролиз в такой ванне протекает при напряжении в среднем 4,3 - 4 4 в
На рис. 79
представлена принципиальная схема электролиза
использованием ртутного катода.
Дно электролизера имеет уклон. К наклонному дну ванны подведена
катодная шина и ртуть непрерывно движется тонким слоем под ухлоп То
есть днище ванны является катодом. На электролиз поступает раствоп
поваренной соли с концентрацией 315 г/л и на выходе из электролизера он
обедняется до 260 - 270 г/л, выводится из электролизера, обесхлоривается
путем вакуумирования и продувки воздухом, донасыщается поваренной
солью и снова воз-вращается
на электролиз. Выделяющийся
8
электролизере на аноде хлор выводится через отверстие в крышке.
При движении ртути по дну электролизера в процессе электролиза
получается амальгама натрия, которая растворяется в ртути, выводится из
электролизера и поступает в разлагатель. В разлагатель непрерывно
поступает вода, и в результате разложения амальгамы из разлагателя
выводятся водород и едкий натр. Дно разлагателя так же имеет уклон для
движения ртути, которая на вы-ходе из разлагателя с помощью подъемника
подается обратно в электролизер.
Нагрузка на ванну до 200 ООО а, напряжение 4,4в; температура процесса
70 - 80°С; концентрация щелочи 620 - 700 г/л; средний выход по току 94 96%; расход энергии на 1 т едкого натра - 3100 - 3200 квт-ч, на тонну хлора
-3 2 4 0 -3 6 0 0 квт-ч.
Достоинства:
- высокая концентрация щелочи;
- отсутствие в щелочи поваренной соли.
Недостатки:
- более высокий расход энергии;
- более сложная эксплуатация;
- больше капитальные затраты;
- вредность работы со ртутью.
2.4.М ембранный способ получения едкого натра.
В настоящее время
м ем б ратщ й способ электролиза растворов
поваренной соли получил наиболее широкое распространение,
мембранном электролизере с катионообменной мембраной устанавливают
стальные катоды, графитовые или металлические аноды, а вмв
диафрагмы, разделяющей анодное и катодное пространство. исп°льз^
катионообменная мембрана. Существуют два варианта мем р
электролиза: монополярный и биполярный. У каждого из них имеют
преимущества и недостатки.
300
хлор
водород
Щелочь
2
1
Рис. 80. Принципиальное устройство мембранной ячейхи
1- корпус ячейки, 2 - хапшообменная мецбрапа, 3-ааод. 4 -отод
Достоинства мембранного электролиза;
^
- высокая чистота едкого натра;
- удельный расход электроэнергии ниже, чем в диафрагмешюм и
- ртутном способах электролиза;
- не происходит загрязнения окружающей среды.
На рис. 80 представлено принципиальное устройство мембранной ячейки
Элементарная ячейка электролизера состоит из двух отделений анодного
и катодного, разделенных катноиообменной мембраной.
Элементарные ячейки электролизера
с биполярными элементами
электрически соединены последовательно. Ток подводится медными шинами
к анодному конечному элементу
электролизера
и протекает
последовательно через элементарные ячейки, проходя через биполярные
элементы, и выходит через катодный конечный элемент.
Под воздействием электрического поля через мембрану происходит
перенос ионов натрия и молекул воды из анодного пространства в катодное.
В тоже время мембрана препятствует переносу анионов.
В анодное пространство электролизера подается концентрировали
раствор поваренной соли. В водном растворе поваретш соль диссоциирует
на анион хлора и катион натрия. На анодах происходит разрядка ионовхл0ы1е образованием газообразного хлора, а ионы натрия и молекулы во
переносятся через мембрану в катодное пространство. Обеднении
поваренной соли выводится из анодного пространства.
.„кого
В катодное пространство подастся слабый
натра. На катоде происходит восстановление воды
ионь|
гидроксильного остатка. На катодах выделяется в
гидроксильного остатка образуют с проникающими из аподпого
пространства ионами патрия натровый щелок (едкий натр). При этом
концентрация подаваемого в катодное пространство
раствора щелочи
повышается, и этот щелочной раствор выводится из катодного пространства.
Биполярный электролизер типа 80DN 350 состоит из 79 средних частей и
одного анодного и одного катодного конечных частей. Устройство
электролизера практически соответствует устройству фильтр-пресса. Пакет
фильтр-прес-са установлен на основании и дополнен коллектором и
трубопроводами для подачи, распределения и отвода электролитов и газов
Все аноды облицованы титаном. Катодные камеры облицовапы никелем
Электролизер оснащен 80-ю мембранами, которые расположены между
соседними анодными и катодными элементами. Конструктивные
особенности внутренних пространств ячеек поддерживают равномерное
распределение питательного рассола и слабого раствора едкого натра и дают
возможность для хорошей естественной внутренней циркуляции в связи с
газлифтпым эффектом. Это конструктивное исполнение позволяет
обеспечить равномерное распределение температур, значений pH и
концентрации в каждой отдельной ячейке электролизера.
Недостаток биполярного электролизера: потеря проводимости одной
ячейки приводит к потере электропроводности всем электролизером и в этом
случае требуется
его немедленная остановка. В монополярном
электролизере ток распределяется па все индивидуальные ячейки таким
образом, что обратная электродвижущая сила каждой ячейки одинакова.
Если в монополярном электролизере одна из мембран перестает проводить
ток, то ее нагрузка распределяется между другими ячейками в параллельной
цепи, давая возможность электролизеру работать.
Преимущества биполярного электролизера перед монополярным:
- активная поверхность биполярных электролизеров больше, чем у
монополярных, что приводит к снижению количества
устанавливаемых электролизеров;
- дешевле
выпрямительная установка, так как стоимость
выпрямителя, выдающего небольшой постоянный ток при высоком
напряжении,
необходимые
для
работы
биполярных
электролизеров, значительно ниже стоимости
выпрямителя,
выдающего большой ток при низком напряжении, которые
требуются для работы монополярных электролизеров;
- меньший расход электроэнергии благодаря меньшим омическим
потерям;
- более равномерное распределение токовой нагрузки по
электродной поверхности, что повышает срок службы электродов и
мембран;
- меньше эксплуатационные расходы в связи с меньшим
количеством электролизеров.
302
Основные и побочные реакции в мембра.п.ои эле*™
что и в диафрагметюм электролизе. В результат
т' же самые,
получают едкий натр с концентрацией 32% Расход ' Пр° Цесса эл'ктролиза
ч/т едкого натра. Далее раствор едкого натра пои ,,,’ к!Пр°:>НСрпш 2220 “ *•
Газообразный хлор подвергают осушке от в
Мосга УпаРивагат.
кислоты. Далее хлор компримнруют н сжижают ЗКиттй ПОМОЩЬЮ ССРН°Й
потребителям в б а л л о н а х , кон тейн ерах и цистернах '
ХЛ° Р °'тгружа' тся
В составе электролизного производства как правило имеются еше и
установки по производству соляной кислоть, (НС.) и гилохлорт нгприя
Соляная кислота получается синтезом хлористого водорода
электролизных хлора и водорода и с последующей абсорбцией хлористого
водорода водой. Гипохлорит натрия получают путем абсорбции влажного
хлор-газа раствором едкого натра.
1 9 .Контрольные вопросы
1 Значение каустической соды в экономике.
2. Последовательность электрохимического способа получения каустической
соды.
3.Требования к каустической соде.
4.Техпологическая схема химического способа получения каустической соды
5.Сравнение химического и электрохимического способов получения каусти­
ческой соды.
**6.Какие реакции протекают в процессе получения каустической содькимическим способом.
—
7.Какие реакция протекает в процессе получения каустической соды элек­
трохимическим способо/И)
8 .Физико-химические свойства каустической соды.
303
ПРИЛОЖЕНИЕ
В содовом производстве принято измерять концентрации реагентов в
нормальных делениях - н.д. Одно нормальное деление - н.д. —отвечает кон­
центрации равной 1/20 г-зкв (грамм-эквивалента) вещества в I кубической
дециметре.
Если на титрование 20 с и 3 жидкости пошло 20 см3 нормального рас­
твора, т о анализируемая ж идкость также имеет концентрацию, равную
1N, т о есть 1 дм3 её содержит 1 г-зкв вещества. Соответственно при рас­
ходе 40 с.м3 нормального раст вора на титрование 20 см3 анализируемой
ж идкост и последняя является 2 N раствором. Д ля пересчёта н.д. в г/Zdu3
нуж но число н.д. умнож ить на г-экв данного вещества и разделить на 20
Д ля пересчёт а концентрации, выраж енной в г//дм3 в н.д. нужно число в
г/дм3ум нож ит ь на 20 и разделит ь на г-экв данного вещества.
Таблица 59. Таблица грамм-эквивалентов веществ и коэффициентов
для пересчета из нормальных делений (н.д.) в г/л и наоборот из г/л в н.д.:
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Вещество
Аммиак
Аммония гидроксид
Аммония бикарбонат
Аммония карбонат
Аммоний хлорид
Кальция оксид
Кальция гидроксид
Кальция карбонат
Кальция хлорид
Кальция сульфат
Магния гидроксид
Магния карбонат
Магния сульфат
Мапитя хлорид
Натрия бикарбонат
Натрия карбонат
Натрия сульфат
Натрия гидроксид
Натрия хлорид
Углерода диоксид
Формула
Г-экв
NHj
NH<OH
NH.,HCOj
(NH,hC03
NH4CI
СаО
Са(ОН)э
CaCOj
CaCh
CaSCH
Mg(OH)2
MgCOj
MgS04
MgCh
NaHCOj
NajCOa
Na!SO)
NaOH
NaCl
COj
17,032
35,048
79,058
48,045
53,497
28,04
37,048
50,045
55,497
68.073
29,168
42,165
60,193
47,617
84,015
52,9%
71,03
40,006
58,485
22,005
Коэффициент пересчета
н.д в r/л
г/л в н.д.
0,851
1,1744
1,752
0,5708
3,922
0,253
2,402
0,4163
2,675
0,3738
1,402
0,7133
1,852
0,54
0,3997
2,502
0,3604
2,775
0,2938
3,403
0,6858
1,458
0,4744
2,108
0,3311
3,02
0,42
2,381
0,2381
4,2
0,3774 __
2,65
0,2818
3,551
0,5
2,00
0,3421__
2,923
0.9091
1,1
П рям ой т ит р раст вора (общая щёлочность) определяется титрова­
нием пробы ж идкости, содерж ащ ей карбонатные соли натрия и аммония, а
т акж е ам м иак в виде ПНчОН, нормальным раст вором соляной или серной
304
кислоты в присутствии индикатора -метилоранжа .
бы в розовый цвет. Результаты анализа выоаж
~ окРтиивания проСвязаниый аммиак - входящий в состав хлорид"0* * " 6
мония - ие определяется пря.иым титрованием
а'и,ония " сульфата амОбщее количество аммиака в растворе куда вход
единения, определяется формальдегидным метода
*” а'1'1итные с°~
Связанный аммиак определяется по разности межди „й
ем аммиака и прямым титром и также выражается в и д
ржт"'
В технологических схемах производства кальцинированной содь,
аммиачным способом ряд аппаратов имеет сложные назяа™.» „
описании технологических схем часто пользуются сокращенной
т
аббревиатурой (принятой на содовых заводах), которая приводится ниже:
Первый абсорбер - АБ-1
Второй абсорбер - АБ-2
Гаситель извести - ГИ
Дистиллер - ДС
Дистиллер слабых жидкостей - ДСЖ
Вакуум-фильтр - ВФЛ
Барабанный вакуум-фильтр - БВФ
Известковая печь шахтного типа - ШЛИ
Первый испаритель - ИС-1
Второй испаритель - ИС-2
Карбонизационная колонна - КЛ
Колонна предварительной карбонизации -КЛПК
Конденсатор дистилляции - КДС
Тсплообмснник дистилляции - ТДС
Промыватель газа известковых печей - ПГИП
Первый промыватель газа карбонизационных колонн - ПГКЛ-1
Второй промыватель газа карбонизационных колонн - ПГКЛ-2
Промыватель газа содовых печей - ПГСП
Промыватель газа абсорбции - ГТГАБ
Промыватель воздуха фильтров - ПВФЛ
Сборник аммонизированного рассола - САР
Теплообменник дистилляции - ТДС
Холодильник газа дистилляции -Х ГД С
Холодильник газа содовых печей - ХГСП
угп гж
Холодильник газа дисгилляцпи слабых жидкостей -ХГД
305
М А К Т Е Р И А Л Ы Ю -Т Е П Л О В Ы Е БА Л А Н С Ы
основных стадий производства какльцинированной соды
I.
БАЛАНСОВЫ Е РАСЧЕТЫ
п е ч и обжига и з в е с т н я к а
Состав известняка (по данным регламента) :
Компонент
Известнях
кг/час
%. мае.
14577.34
95
231.13
1,51
64.45
0.42
471.65
3.07
15344.57
100,0
СаСОз
MgCOj
R2O3
Н20
Всего
При регламентной степени разложения 96,66% СаС03 выделится С 02
- 3325,7 нм3/час.
Часовой расход природного газа на обжиг известняка (по
матбалансу из регламента) - 981 нм3/час.
Состав природного газа (регламентный)
Состав
Моль, вес
Метан. СНа
Этап. СгНб
Пропан. CjHs
Бзтан, СзНю
Пснтан. С5Н12
Гексан, C7.Hu
ССЬ
Азот. N2
Всего
16
30
44
58
72
86
44
28
Расчетный
для печей, % об.
92,45
3,57
0,88
0,35
0.15
0,03
1.46
1.11
100.0
Влагосодержание воздуха:
Т,°С
г/м3, при 100%
относит, влажн.
г/м3, при 70%
г/м3, при 50%
10
9,3
15
12,5
20
17,1
25
23
30
30,1
35
40
40
51
3 36 4 69 6,51
2,4 3,35 4,65
8,75
6,25
11.97
8.55
16,1
11,5
21,07
15,05
28
20
35,7
25,5
0
4,8
5
6,7
В виду отсутствия данных по влагосодсржанию природного газа примем
условно, что оно при аналогичных параметрах (температура и давление) гакое же, как и воздуха.
Низшая теплота сгорания природного газа, принятая в регламенте,
Qp„ = 8 160 ккал/нм3 или 81604,187= 34166 кДж/ нм3
306
П ровер яем подстановкой % -го содержания комп
в ф орм улу для расчета низшей теплотворной г л ^ е " " ™ 8 пРиР°Дн°го газа
Qpu = 85,5СН4+ 152С2Нб + 218 С,Н8+ 283С Г + 3 « ™ ПРИр°Ш,ого
+ 152 3,57 + 2180,88 +283 0.35 + 3 4 8 П к !
*CjH» = «5,592,45 +
ккал/м3 или
8802,625 4,187 = 36857 Кд 1
’°3 = 8802'625
О п редел и м р асх о д кислорода на сжигание 100 ни’ „„
Vo’ = 2 92,45 + 3,5 3,57 + 5 0,88 + 6,5 0.35 + 80 15+ 9
12,495 + 4,4 +2,275 + 1Д +0,285 = 205,6 нм3
"
'
Определим теоретический расход воздуха на горение 100 ни’ „
газа: V . = 205,6 : 0,2095 = 981,38 нм5
™ пРИР°мого
Примем коэффициент избытка воздуха а= 1,05
Тогда, фактический расход воздуха на сжигание 100 ни’ ппап„„.,
етавит: 981,38 1,05= 1030,45 нм3
природного газа
составит:
IИли на сжигание 1 нм3 природного газа потребуется сухого воздуха 10 3
I3.
НМ'
Содержание влаги в воздухе при 20“С и относительной влажности 70%
составляет 12 г/м3 или 0,012 кг/м3
Определим состав продуктов сгорания 100 им3 природного газа;
а) содержание кислорода в продуктах сгорания
205,60,05 = 10,28 нм3
б) содержание азота в продуктах сгорания
10 3 0 ,4 5 -2 0 5 ,6 6 - 10,28=814,51 нм3 + 1,11 (азот в составе природного
газа) = 815,62 нм3
в) содержание С 0 2 в продуктах сгорания;
V co 2= (92,45 + 2'3,57 + 30,88 + 40,35 + 50,15++60,03+ 1,46) = 92,45 +
7,14 + 2,64 + 1,4 + 0,75 + 0,18 + 1,46= 106,02 нм3
г) содержание ВОДЯНЫХ паров (примем расчетную тсмпсралуру природного газа
20°С для определения количества влаги, вносимой с природным газом) в природном
газе примем 1 г/нм3 (по данным Узтрансгаза).
В продуктах сгорания общее содержание влаги составил
292,45 + 3 3,57 + 40,88 + 50,35 + 60,15 + 70,03+ 100 0,001 22,4/18 +
1030,45 0,012 22,4/29 =184,9 + 10,71 + 3,52+ 1,75 + 0,9 + 0,21 +0,124 + 9,551
=
2 1 1 ,6 9 нм3
Общий объем продуктов сгорания:
V nc= 10,28 + 8 15,62+ 106,02 + 211,69= 1143,61 нм
Состав продукт ов сгорания природного гам в расчете на 100 н
родного г а з а :
0 2 = 10,28 100/1143,61 = 0 ,9 %
N 2 = 815,62 100/1143,61 = 71.32%
С 0 2= 106,02 100/1143,61 =9,27%
= 2 11,6 9 100/1143,61 = 18,51%
н20
307
пр
Р асч ет обж ига известн яка на 1000 к г
С ост а в и зв е ст н я к а :
И звестн як
Компонент
кг
% . мае.
С аС О з
950
9 5 ,0
М яС О з
1 5 ,1
1 .5 1
R jO j
1ЬО
4 .2
0 .4 2
3 0 .7
3 .0 7
В се го
1 0 0 0 .0
1 0 0 .0
1). Определим теоретический выход С 0 2 при 96,66 %-ном разложении извест-няка:
С аС О з = С аО + С 0 2
(1 )
100
56
44
Выделится СОг из СаС03:
100 - 44
9 5 0 0 .9 6 6 6
-
х
х = 9 5 0 0 ,9 6 6 6 4 4 /1 0 0 = 4 0 4 ,0 4 кг
или
404,04
22,4/44 = 205,69 нм3/час
Образуется СаО
100 - 56
9500.9666 - х
х= 950 0,9666 56/100 = 514,23
Выделится С 0 2 из M gC 03:
M gC 03= MgO + С 02
(2)
84,3
40,3
44
84,3 - 22,4 нм3
15,1 - х
х= 15,1 22,4/84,3 = 4,01 нм3 или х=15,144/84,3 = 7,88
кг
Всего выделится СОг = 205,69 + 4,01 = 209,7 нм3 из 1000 кг известняка
Выделится паров воды 30,7 кг на 1000 кг известняка или 38,2 нм3
Т епловой баланс печи обж ига известняка
(на 1000 кг известняка)
Количество природного газа, необходимого для обжига 1 т известняка - X
нм3
а) состав выходящей из печи извести:
С аО - 514,23 кг
M gO - 7,2 кг
С аС 0 3- 31,73 кг
ЯгОз - 4,2 кг_________________ ____
Итого = 557,36 кг
б) состав выходящих из печи газов:
С 0 2 = 209 ,7 + 1,0602Х
0 2= 0.1028Х
N 2= 8.1562Х
308
HjO = 2 ,1 169X + 38,2
Итого = 247,89 + И .4361Х нм3
—
Приход трттпп
1) физическое тепло с природным газом:
массовая теплоемкость природного газа по и т ,
кД ж /кгграя
П° Метак> "PH 20»С = 2,2
плотность метана М/22,4 = 16/22,4= 0,714 кг/м5
объёмная теплоёмкость природного газа 2 7 т ы - .
q,=X 20-1,57 = 31,4 Х кДж
'^ к Д ж /м ’трад
2 ) физическое тепло с известняком
теплоемкость известняка = 0,815 кДж/кг
энтальпия воды при 20° =83,92 кДж/кг
q2 = 969,3 0,815 20 + 30,7 83,92 = 15799,59 + 2576.34= 18375 93 кДж
, J
3 ) физическое тепло воздуха
q3 = 10,3045 46,47Х + 0,012 2085 Х= 25.02Х + 478,85 X = 503 87Х кЛ*
4) тепло от сжигания природного газа
'
qa = Qpu X = 36857Х кДж
Всего приход т епла:
QoP= 31,4Х + 18375,93 + 503,87Х + 36857Х = 37422,47Х + 18375,93 кДж
QnP= 37392.27Х + 18375,93 кДж
Расход тепла
1) Тепло с выгружаемой известью (при температуре 180°С)Qi= 557,35 0,795 180 = 95332,5 кДж
2) расход тепла на разложение карбоната кальция
С а С 0 3 = СаО + С 0 2 - Qp (177,39 кДж/моль)
Q2 = 177,39 918,27 1000/100 = 1628919 кДж
3) расход тепла на разложение карбоната магния
M g C 0 3= M gO + С 0 2 - Q p( 101,46 кДж/моль)
Q3= 101,46 15,1 1000/84,3 = 18173,74 кДж
4) расход тепла на испарение влаги известняка:
Q„= 2801 30,7 = 85990,7 кДж
5) расход тепла с уходящими газами
Qs = (Ссо2 Vco2 + Co2Vo2 +С mVm) T m + У хо imo =
= (209,69 0,9234 + 1,0602 X0,9234 + 0.1028 0.7734Х + 8.1562 0.755 X )180
+ 2 ,116 9 X 2 8 3 5 + 38,2-2835 = (193,63 + 0,979Х + 0.0795Х + 6.158Х) 180 +
7350,935Х + 132649,5 = 34853,4 + 176,22Х+ 14,31Х+ 1Ю8,44Х+ 6001,4Х +
108297 = 7300.38Х + 143150,4
6) потери тепла в окружающую среду (10% от прихода тепла)
Q« = 3739,2 Х + 1837,593 кДж
Q ..+ 3 74 2 ,14 7 Х + 1837,595 = 1971518,2+ 11042,527Х
Q ppcx = 1971518,23 + 11042,52Х
Находим расход природного газа на обжиг 1000 кг язв
309
Уравпение теплового баланса: Qnp= Qp««
37392,27Х + 18375,93 = 1971518^23 + 11042,S2X
26349,75 Х = 1953142,27
Расход природного газа X = 74 пм3 па 1000 кг извсстпяка
Определим состав печного газа:
СО: = 209,7 + 1,0602 74 = 209,7 + 78.45 = 288,15 нм3
О2=0,Ю28Х = 0,1028 74 = 7,61 нм3
N2 = 8,0701X = 8,0701 74 = 597,23 нм3
Н20 = 2,1169Х + 38,2 = 2,1169 74 + 38,2= 194,85 нм3____________
Итого = 288,15 + 7,61 + 597,23 +194,85 = 1087,84 нм3
Состав печного газа сразу после печи при температуре 180°С:
К ом пон ен т
СО:
288.15
7.61
% об .
П л о т н о с т ь , к г /м 3
2 6,4 9
Щ
Н гО
59123
194.85
17,91
1,977
1,429
1,25
0 ,804
всего
1087.84
100,00
1,377
о*
.
нм3
0 .70
54.90
М асса, кг
н а 1000 кг
На 15 т п
5 69.67
10,87
746.54
156.66
8545.5
163.09
11198.1
2349.9
1483.74
Примем относительную влажность печного газа по воздуху при 40°С рав­
ной
100% , то есть печной газ в состоянии полного насыщения. Влагосодержание
составит 0,05 кг влаги на кг сухого воздуха.
Вес сухого печного газа 1483,74- 156,66 = 1327,08 кг
В этом количестве печного газа будет содержаться насыщающей влаги:
0,05 х 1327,08 = 66,35 кг или 66,35/0,804 = 82,53 нм3
Сконденсируется влаги 156,66 - 66,35 = 90,31 кг
Состав печного газа после охлаждения до температуры 40°С :
Компонент
нм3
% об.
П л о тн о сть , кг/м 3
М асса, кг
со2
Ог
2 8 8 .1 5
29,53
1 ,9 7 7
5 6 9 ,6 7
7 .6 1
0 .7 8
1 .4 2 9
1 0 .8 7
N 2
5 9 7 ,2 3
6 1 ,2 3
1 ,2 5
7 4 6 ,5 4
НЮ
8 2 ,5 3
8,46
0 ,8 0 4
6 6 ,3 5
в сего
9 7 5 ,5 1
1 0 0 ,0 0
1 ,4 2 8
1 3 9 3 ,4 3
Состав выходящей из печи извести ( в расчете на 1000 кг исходного извест­
няка) :
С аО - 514,23кг
MgO - 7,2 кг
СаСОз- 31,92 кг
R2O3 - 4,2 кг
310
06щее
"ег°шеной извести извести на производительности
двух печей обжига в 15 пт известняка:
ительность
СаО = 514,23х 15= 7713,45 кг
MgO = 7,2x 15= 108кг
СаСОз = 3 1,92х 15= 478,8 кг
R2O 3 =4,2x15= 63 кг
Всего негашеной извести: 7713,45 + 108 + 478,8 + 63 = 8363,25 кг /час
Состав печных газов (на выходе из печи) в расчете на 1000 кг известняка-.
Компонент
пм5
% 0б.
СО,
2 8 8 .1 5
26.49
О,
7 .6 1
N ,
5 9 7 ,2 3
5 4 .9 0
ЯК>
1 9 4 ,8 5
17.91
все го
1 0 8 7 .8 4
1 0 0 .0 0
0 .7 0
Оби/ее количество печных газов (на выходе из печи) :
Компонент
пм5
% об.
СО,
4 3 2 2 ,2 5
26.49
Оз
1 1 4 .1 5
0 .7 1
N2
8 9 5 8 .4 5
5 5 .8 2
Я зО
2 9 2 2 ,7 5
17.95
в се го
1 6 3 1 7 ,6
1 0 0 ,0 0
Общая потребность в природном газе
74x15 = 1110 ниЛчас
Общая потребность в воздухе для горения природного газа:
10,3045 х 1110 = 11438 нм5/ час
Количество и состав печного газа после охлаждения до 40°С:
K o u n o a e iT T
нм3
об
П лотность
М асса, кг
кг/м 5
8 5 4 5 .0 9
СОI
4 3 2 2 ,2 5
2 9 .5 4
1 .9 7 7
Ог
1 1 4 .1 5
0 .7 8
1 .4 2 9
1 6 3 .1 2
1 .2 5
1 1 1 9 8 .0 6
N 2
8 9 5 8 .4 5
6 1 .2 2
Н зО
1 2 3 7 ,9 5
8 .4 6
0 804
в се го
1 4 6 3 2 ,8
1 0 0 .0 0
1 .4 2 8
___
9 9 5 .3 1
2 0 9 0 1 .5 8
Всего сконденсируется влаги при охлаждении печного газа до 40°С .
138,08x15= 1684,8 кг/час
311
Определим состав печного газа при охлаждении его до 30°С.
Влагосодсржание воздуха при температуре 30°С составляет 30,1 г/м3, п р и
20°С - 17,1 г/м3, при 10»С - 9,3 г/м3(при 100%-ной относительной влажно­
сти.
I). При 30°С:
Вес сухого печного газа 20901,58 - 995,31 = 19906,27 кг
В этом количестве газа будет содержаться насыщенной влаги
19906,27x0,03=
597,19 кг или 597,19 / 0,804 = 742,77 нм3
Общий объем печного влажного газа составит 14632,8 —1237,95 + 742 77
= 14137,62 нм3
Сконденсируется влаги при снижении температуры от 40 до 30“С:
1237,95-742,77 = 495,18 нм3 или 495,18x0,804= 398,12 кг
состав газа:
Компонент
нм3
% об
П лотность
М асса, к г
кг/м 3
СО ,
4 3 2 2 .2 5
30,57
1 ,9 7 7
О,
N,
н ,о
1 1 4 .1 5
0 .8 1
1 ,4 2 9
1 6 3 .1 2
8 9 5 8 .4 5
6 3 ,3 7
1 .2 5
1 1 1 9 8 .0 6
7 4 2 ,7 7
5,25
0 ,8 0 4
5 9 7 ,1 9
в се го
1 4 1 3 7 ,6 2
1 0 0 .0 0
1 .4 5 1
2 0 5 0 3 ,4 6
8 5 4 5 .0 9
2) при 20°С:
Влагосодержание воздуха при 20°С - 17,1 г/м3
Вес сухого печного газа 20901,58 - 995,31 = 19906,27 кг
В этом количестве газа будет содержаться насыщенной влаги
19906,27x0,0171=340,4 кг
или 340,4 / 0,804 = 423,38 нм3
Общий объем печного влажного газа составит 14632,8-1237,95+423,38 =
13818,23 нм3
Сконденсируется влаги при снижении температуры от 40 до 20”С:
1237,95-423,38 = 814,57 нм3 или 814,57 хО,804= 654,91 кг,12 кг
Сконденсируется влаги при снижении температуры от 30 до 20”С:
742,77-423,38 =319,39нм 3 или 319,39x0,804= 256,79 кг
312
состав г аза :
Компонент
нм3
% об.
COi
4 3 2 2 ,2 5
31,28
1 ,9 7 7
1 .4 2 9
П лотность
М асса, к г
кг/м 3
Ог
1 1 4 .1 5
0 .8 3
N 2
8 9 5 8 .4 5
64 83
Н 2О
4 2 3 .3 8
3 .0 6
0 .8 0 4
всего
1 3 8 1 8 .2 3
1 0 0 .0 0
1 .4 5 1
8545 09
1 6 3 .1 2
1 1 1 9 8 .0 6
2 0 2 4 6 .6 7
3) при 10°С:
Вес сухого печного газа 20246,67 - 340,4 = 19906,27 кг
В этом количестве печного газа будет содержаться насыщенной влаги:
19906,27x0,0093 = 185,13 кг или 185,13 : 0,804 = 230,26 м3
Общий объем печного влажного газа составит 13818 23 - 423 38 + 230,26
= 13625,11 нм3
Сконденсируется влаги при снижении температуры от 20 до 10°С:
423,38 -230,26 = 193,12 нм3 или 193,12x0,804= 155,27 кг
состав газа:
Компонент
пм3
'/ . о б .
П лотность
М асса, кг
к г/м 5
СО 2
о,
432225
31.72
1 .9 7 7
1 1 4 .1 5
0 .8 4
1 .4 2 9
1 6 3 .1 2
N 2
8 9 5 8 ,4 5
6 5 .7 5
1J25
1 1 1 9 8 .0 6
8 5 4 5 .0 9
Н 20
2 3 0 .2 6
1 .6 9
0 .8 0 4
1 8 5 .1 3
все го
1 3 6 2 5 .1 1
1 0 0 ,0
1 .4 5 1
2 0 0 9 1 .4
П/ РАСЧЕТ АБСОРБЕРА АММОИИЗАЦИИ РАССОЛА
Исходные данные для расчета:
1. Состав слабоаммонизированного рассола, поступающего на орошение
абсорбера
Компонент
кг/ча с
% , м асс.
П.Д.
к г/г со д ы
N H ,
6 7 3 .2 9
0 .8 9
124
5 3 .8 6
1 0 .5 6
1 5 5 9 .2 8
3 0 5 .6 5
N aCl
1 9 4 9 1 ,0 1
2 5 .8 8
1 0 4 .5
3 .0 6
С О ,
2 1 4 .7 3
0 ,2 9
Н ,0
5 4 7 1 0 ,5 8
7264
Прочее
2 2 6 .6 9
0 .3
В сего
7 5 3 1 6 .2 9
1 0 0 ,0
-
кг/м 3
1 7 .1 8
3 .3 7
4 3 7 6 .8 5
8 5 7 .9 3
1 8 .1 4
3 .5 5
6 0 2 5 .3
1 1 8 1 .0 6
Всего 63,77 м3/час, температура жидкости 40°С, плотность - 1181,08 кг/м3
На 1 т готовой соды количество слабоаммонизированного рассола соста­
вит 63,77: 12,5 = 5,102 м3/т
313
2 Состав аммонизированного рассола, выходящего из абсорбера
Компонент
NHj
NaCI
COj
НЮ
Прочее
Всего
кг/час
6432,8
19491,0
2613,9
56592,6
226,69
85357,9
%, масс.
7,54
22,83
3,06
66,3
0,27
100,0
н.д.
100,1
88,22
31.46
-
кг/т соды
514,62
1559,28
209,11
4527,41
18,14
6828,56
кг/м3
85Д5
25U7
34,6
749,17
3,0
1129,97
Всего 75,54 м3/час, температура жидкости 68°С, плотность - 1129,97 кг/м3
На 1 т готовой соды количество слабоаммонизированного рассола соста­
вит 75,54: 12,5 = б,043м3/т
3. Аммиаксодержащие газы, поступающие в абсорбер:
А) газ из дистилляции
компонент
NHj
СОн -о
Всего
кг/час
5712.05
2119.06
1816.86
9647.97
%, масс.
59,21
21.96
18.83
100.0
%, МОЛЫ!.
69,24
9.94
20.82
100.0
кг/т
456,97
169.52
145.35
771.84
10850,85 м3/час, Т= 62°С, плотность = 0,734 кг/м3, Р = 0,1 МПа
Б) газовая фаза маточного раствора
компонент
NHj
СОз
Н:0
Всего
кг/час
18.64
785.02
83.77
887,43
%, масс.
21
88.46
9,44
100.0
%, мольн.
4,64
75,66
19,74
100,0
кг/г
1.49
62.8
6.7
70.99
528,23 нм3/час, Т= 75°С, плотность =1,37 кг/м3, Р=0,11 МПа
В)
Аммиак из сети завода на компенсацию потерь, в том числе:
NH3 - 55,72 кг/час или 55,72: 12,5 = 4,46 кг/т
Н20 - 2,32 кг/час или 2,32 : 12,5 = 0,19 кг/т
Всего
58,04 кг/час
или 4,65 кг/т
Г). Смешанный газ :
кг/т
%. мольн
м3/час
компонент
кг/час
%. масс.
462.91 _
66.18
7505.07
5786.41
NHj
54.62
232.33 _
12.95
1468.93
2904.08
27,42
СО2
152.24 .
20.87
2366,85
17,%
Н2О
1902,95
847.48 .
100.0
11340.85
Всего
10593,44
100,0
Плотность газов при нормальных условиях аммиак - 0,771 кг/м3, диоксид углерода
1,977 кг/м3, водяной пар - 0,804 кг/м3.
314
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС АБСОРБЕРА
1. Состав и количество поступающего рассола;
СУ- 104.5 н .д.; N H j- 12,4 н.д.,СО2-3,06 н.д., плотность - 1181 кг/м3 ко­
личество - 63,77 м /час или в пересчете на 1 тонну готовой кальциниро­
ванной соды 63,77:12,5 -5,1016 м3/т, прочие в рассоле: 226,69:12,5 = 18 14
кг/т
2. Состав выходящего аммонизированного рассола
СГ - 88,22 н.д. ; NH3—100,1 н.д., СОг —31,46 н.д., прочие —18,14 кг/т
3. Состав поступающего газа:
NH3 - 462,91 кг/т, С 02 - 232,33 кг/т, Н20 - 152,24 кг
4. Пересчитаем состав рассола, поступающего на аммонизацию из нор­
мальных делений в кг/м3:
NaCl - 104,5 2,923 = 305,45 кг/м3
(И Н ^СО з -3,062,402 = 7,35 кг/м3
NR.OH -(12,4 -3,06) 1,752 = 9,34 1,752 = 16,36 кг/м3
Примеси - 18,14 : 5,1 = 3,56 кг/м3
Всего поступает с рассолом :
N aCl- 1559,28 кг/т
( Ш ^ С О з - 7,355,1 = 37,49 кг/т
N H4OH -16,36 5,1 = 83,44 кг/ т
Примеси - 18,14 кг/т___________________
Всего поступает с рассолом 1698,35 кг/т
5. Количество воды в поступающем в абсорбер рассоле :
5,1016 1181 - 1698,35 = 6024,98 - 1698,35 = 4326,63 кг/т
6. Объём аммонизированного рассола, выходящего из абсорбера:
V.wx = V „on {C Г .мя)/ {C1-.UX} = 5,1016 '104,5/88,22 = 6,043 м3
7. Количество карбоната аммония (ЛНдЬСОз, выходящего в составе жид­
кости из абсорбера:
31,462,402 6,043 - 456,65 кг
образовалось (ЛНдЬСОз в абсорбере:
456,65-37,49 = 419, 16 кг
8. Количество аммиачной воды, выходящей с жидкостью из абсорбера:
(100,1 —31,46) 1,752 6,043 = 68,64 1,752 6,043 = 726,71кг
образовалось аммиачной воды в абсорбере :
726,71 -8 3 ,4 4 = 643,25 кг
На образование 419,16 кг к а р б о н а т а аммония в абсорбере израсходовано
по реакции :
2 NH3 + СОг + Н20 = (ЛНд^СОз
NH3 - 419,16 3 4 :9 6 = 148,45 кг
С 0 2 - 419,16 44 : 96= 191,12 кг
Н20 - 419,16 18: 96 = 78,59 кг
9. На образование 643,25 кг аммиачной воды в абсорбере израсходовано
по реакции:
NH3 + Н20 = NHaOH
315
NH3 - 643,25 17: 35 = 312,44 кг
Н20 - 643,25 18: 35 = 330,81 кг
10.Всего на образование (NH ^COj и NHjOH израсходовано:
Аммиака - 148,45 + 312,44 = 460,89 кг
Воды - 78,59 + 330,81 =409,4 кг
Диоксида углерода - 191,12 кг
11 Состав аммонизированной жидкости, выходящей из абсорбера:
NaCl - 1559,28 кг
Примеси- 18,14кг
(ЫН^СОз - 456,65 кг
NH4OH - 726,71 кг____________________________
Всего
2760,78 кг
Количество воды в жидкости, выходящей из абсорбера :
1129,97
6,043 - 2760,78 = 6828,41 - 2760,78 = 4067,63 кг
Определим количество воды, уходящей с хвостовыми газами из абсор­
бера:
поступает воды с газом в абсорбер- 152,24 кг
поступает воды с рассолом - 4326,63 к г ___________________
Всего поступает воды 4478,87 кг
12. Определим количество воды, уносимой уходящими хвостовыми газами:
с аммонизированным рассолом уходит воды 4067,63 кг
на образовапие аммиачной воды израсходовано воды 409,4 кг
уносится воды с газом 4478,87-4067,63 -409,4 = 4478,87-447,03 = 1,84
кг
уносится аммиака с отходящими газами :
462,91 - 460,69 = 462,91 - 460,69 = 2,22 кг
Составим баланс газовой смеси в абсорбере, в кг на 1 тонну соды:
Компонент
Приход
NHj
СО2
Н2О
462,91
232,33
152,24
Расход на
рсакшт
460,69
191,12
409,4
Уходит с
газом
2 ,2 2
41,21
1,84
СВОДНЫЙ МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС АБСОРБЕРА
Компонент
NaCl
NIbOH
ДЛЫгССЬ
НзО
примеси
Всего
Приход
Слабоаммоиизиросачный рассол
1559,28
83.44
37.49
4326.63
18,4
6024,98
316
Расход
Аммонизиросапный
рассол
1559,28
726.71
456.65
4067.63
18.14
6828.41
NHj
СО;
Н20
Всего
ИТОГО
Смешанный ет
462.92
232.33
152.24
847,49
6872.47
2.22
4121
1.84
45.28
6873.68
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС АБСОРБЕРА
Теплоемкость рассола - 3,27 кдж / кгград.,
теплота растворения аммиака-3 5 2 00 кдж/кмоль,
теплота растворения диоксида углерода - 24700 кдж/кмоль,
теплота нейтрализации СО* до (NH^COj - 70500 кдж/кмоль.
Условно принимаем, что водяной пар конденсируется в абсорбере при
55°С,
теплота конденсации водяного пара при этой температуре - 2360 кдж/кг,
плотность поступающего рассола - 1181 кг/м’, температура - 40”С
плотность выходящего аммонизированного рассола - 1130 кг/м5, темпера­
тура -68°С . Температура смешанного газа - 64°С.
П р и хо д теп л а
1. С рассолом на аммонизацяю
Q, = 6024,98 3,27 40 = 788067 кдж
2. Со смешанным газом
Q2 =(462,91 2,18 + 232,23 0,92) 64 + 152,24 2620 = (1007,378 + 209,007)
64 + 398868,8 = 1216,385 64 + 398868,8 = 77848,6 +398868,8 = 476717
кдж
3. От реакции образования аммиачной воды:
КПз + НгО = N11,011
Q3 = (35200 : 35) 643,25 = 650551 кдж
4. От реакции образования карбоната аммония:
2 N ib + С 02 + Н20 = (Nlb^CCh
Q„ = 1701,39 419,16 = 713155 кдж
Общий приход тепла на 1000 кг соды в абсороере:
^
Qnpi« = Q) + Q2 + Q3 + Q, = 788067 + 476717 + 650551 + 713155 2628490
кдж
Р я г х о п т е п л а в абсорбере
1. с аммонизированным рассолом:
Q, = 6828,41 3,27 68 = 1518365 кдж
V
^ ^ T T u i W
^ O
+ 1,84 2 575 = (4,75 + 4 0 3 4 )4 0 +
4738 = 45 09 40 + 4738 = 1804 + 4738 - 6542 кдж
317
3. Потери тепла в окружающую среду :
Примем равпыми 5% от прихода тепла Qnpnx
Q3 = 0,05 Q„p„x = 0,05 2628490 = 131425 кдж
4. Тепло отводимое в холодильных бочках абсорбера Q4 = X кдж
Общий расход тепла : Qpa« = Qi + Q 2 + Q 3 + Q< = 1518365 + 6542 +
131425 + Х = 1656332+ Х кдж
Найдем Q , : X + 1656332 = 2628490
X = 2628490 - 1656332 = 972158 кдж
П.
РАСЧЕТ ОСАДИТЕЛЬНОЙ КАРБОНИЗАЦИОННОЙ
КОЛОННЫ
NH3(общ) - суммарное количество аммиака в растворе в виде NH4OH
N R .H C 0 3,(NH4)2C03 и NHjCI.
NHj (связ) - количество аммиака, находящегося в растворе в виде NHaCl,
эквивалентное ИаНСОз.
Прямой титр - щелочность раствора (углекислые соли натрия и аммония,
NHjOH, определяемая путем титрования раствором серной или соляной
кислоты.
Исходные данные
Состав раствора на входе в осадительную колонну после предварительной
карбонизации ( в н.д.):
NaCl - 91.7 н.д., NH3- 101,2 н.д., С 0 2- 57,9 н.д.
Состав жидкости, выходящей из карбоколонны:
N a C l- 27,25 н.д., NH3н.д., С 02- 39,73 н.д., р = 1189,16 кг/м3-п л от­
ность карбонизированного аммонизированного рассола.
Состав газов карбонизации:
1.
С р е д ы е с т д н г ч а г ы й газ
Компонент Мол. вес
COj
44
Н2О
18
О2
32
28
N2
всего
кг/час
3682.81
64,66
184.56
2836.95
6768,98
% масс.
54,41
0.96
2.73
41.91
100.00
% мольп.
43,07
1.85
2,97
52.12
100,00
Расход 1266.57 м3/ч
Расход 4352.53 тр/ч
Р = 0.4 МПа
Т = 40”С
0 ~ 5.34 кг/м3
2 Нюкпесгупеичатый газ
Компонент Мол. вес
44
СОг
Н20
18
32
Ог
28
N2
всего
кг/час
6984,26
85,08
116,16
1068,53
8254,04
% масс
84,62
1.03
1.41
12,95
100,00
% МОЛЪН.
Расход 1127,14 кС/ч
Расход 4561.56 нм3/ч _
Р = 0.47 МПа
Т - 40°С
_
о = 7.32 кг/м3
318
77,35
1.57
1.76
18.59
100.00
Ч. Отходящий газ
Компонент
М о л . вес
кг/ч а с
% м асс.
% мольн
ЫНз
17
1 7 ,1 6
0 ,2 9
0 ,7 1
Р а с х о д 3 1 9 9 .4 m r V q
СОз
44
5 3 5 9 .2 6
9 1 ,9 9
8 5 .2 6
Р = 0 ,0 8 9 М П а
Н 20
18
2 1 6 ,1 5
3 ,7 1
8 .4 0
Т = 45°С
В оздух
29
2 3 3 ,4 7
4 ,0 1
5 ,6 4
р = 1 ,7 8 8 st/ m3
всего
-
1 0 0 ,0 0
1 0 0 .0 0
Р а с х о д 3 25 7 79 м ^ ч
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
В 1000 кг технической кальцинированной соды содержится:
I ООО 0,992 = 992 кг Na2C 03
Для получения такого количества соды потребуется бикарбоната натрия:
2NaHC03 = Na2COj + Н20 + С 02
284
106
18
44
992 2 84/106= 1572,226 кг
с учетом потерь по стадиям фильтрации, кальцинации и упаковки (всего 5%)
1572,226 1,05 = 1650,84 кг
Для получения такого количества ЫаНСОз потребуется NaCl:
NaCl + Н20 + С 0 2 + NH3 = NaHCOj + NHjCl
58,5
18 44
17
84
53,5
Примем коэффициент использования NaCl
ц = 72%, тогда :
1650,84
58,5/840,72 = 1596,8 кг
На 1000 кг технического карбоната натрия в колонну поступает раствора:
1596,820/91,6758,5 = 5,955 м3
(где 91,67- и д . общий СГ)
При разложении бикарбоната натрия в кальцинаторс выделится С 0 2 :
1572,226 44/284 = 411,77 кг
Из этого количества С 0 2 поступает на карбонизацию 411,77 0,9=370,59 кг
или 370,59/1,964 = 188,69 нм3
В пересчете на 85,26% -ную концентрацию С О г в газах кальцинации
188,69/0,8526 = 221,31 нм3
С газом кальцинаторов поступает воздуха 221,31 -188,69 = 32,62 нм
Или 32,62 1,299 =42,37 кг воздуха
Для получения Ы аН С О з требуется С 0 2 1650,84 44/84 = 864,73 кг
В карбонизированном аммонизированном рассоле содержится С 0 2 .
57,92
44 5,955/202 = 379,4 кг
количсство вытекающей из колонны жидкости
319
91,675,955/100,28 = 5,444 м3
количество СО2, удаляемого с вытекающей жидкостью:
39,73 44 5,444/20 2 = 237,92 кг
Общее количество С 02, в вытекающей из колонны суспензии:
864.73 + 237,92 = 1102,65 кг
количество поглощенной из газа СО;: 1102,65 - 379,4 = 723,25 кг
В карбоколо|щу должно подаваться СО? : 723,25/0,85 = 850,88 кг
Или 850,88/1,964 = 433,24 нм3
Количество СО?, уходящее из колонны с газами: 850,88-723,25 = 127,63
кг
Необходимо добавить газа известковых печей (среднеступенчатого газа)'
433,24-188,69 = 244,55 нм3
или в пересчете на 43,07% - ную концентрацию С 0 2 в печном газе :
244,55/0,4307 = 567,8 нм3
с этим дополнительным количеством С 0 2 в карбоколонну поступает про­
чих газов 567,8-244,55 = 323,25 нм3
Всего в колонну поступает 221,31 нм3 85,26%-гоС02 и 567,8 н м 3 43,07%го Для получения нижнеступенчатого газа с концентрацией 77,35% С 02
необхо-димо к газу кальцинаторов (85,26%) добавить X нм3газа известковых
печей (43,07%):
0.4307Х + 221,31 0,8526 = (X + 221,31)0,7735
откуда находим X:
0.4307Х + 188,69 = 0.7735Х + 171,176
0Д428Х = 17,514
откуда X = 51,09 нм3
С газом известковых печей на нижнем ( 1-ом) входе поступает С 0 2:
51, 09 0,4307= 22,0 нм3 или 22 1,964 = 43,22 кг
содержание прочих газов в этом количестве 51,09 - 22 = 29,09 нм3
или 29,091,25= 36,36 кг
Состав газа на иижием входе (1 -о м ):
а) углекислый газ С 0 2 = 370,59 + 43,22 = 413,81кг или 413,81/44 = 9,4 кмоль
б) прочие газы (примем за азот) 42,37+ 36,36= 78,73 кг или 78,73/28=2,8
кмоль
Всего сухого газа (С 02 + прочие) = 9,4 + 2.8 = 12,2 кмоль
Определим количество водяных паров:
упругость паров воды при 40“С р= 0,074 105 н/м2
давление сухого газа ( общее давление =0,47 МПа) =
0,9814,7 IО5 -0,074- 105 = 4,537 105н/м2
Содержание паров воды в поступающем газе пропорционально их давле­
нию:
12,2
0,074 Ю5/4,537 I О5 = 0,2 кмоль или 18 0,2= 3,6 кг воды
И так состав газа на нижнем входе (1-ом):
С 0 2 = 413,81 к г , прочие газы = 78,73 кг, вода = 3,6 кг, всего = 496,14 кг
320
Состав г а з а н а 2-ом входе (среднеступенчатый)
Количество газа поступающего из известковых печей:
567,8 - 51,09 = 517,71 нм3, в том числе С0 2 = 517,71 0,4307 = 222 98 м3
или 222,98 1,964 = 437,93 кг или 437,93/44 = 9,95 кмоль С0 2
прочих газов 517,71 - 222,98 = 294,73 нм3
или 294,73 1,25 =368,41 кг или 368,41/28 = 13,16 кмоль
Всего поступает сухого газа известковых печей 9,95 + 13,16 = 23.11 кмоль
Количество водяных паров, поступающих со средпеступенчатым газом:
упругость паров воды при40°С р= 0,074 105 н/м2,
давление сухого газа = 0,9814 10s—0,074 105 = (3,924-0,074) 105= 3,8510s
н/м2
Содержание паров воды в поступающем газе пропорционально их давлению:
23,11" 0,074 10s/3,85 105 = 0,444 кмоль или 180,444= 7,99 кг
Состав газа на среднеступенчатом вводе (2-ом):
С 02- 437,93 кг, прочих газов - 368,41 кг, воды 7,99 кг, всего = 814,33 кг
Состав газа, выходящего из карбоколонны
Упругость аммиака над раствором, поступающим в колонну при 40°С
определяют по уравнению
Рынз= Mm/Ki
где М - коэф-т пропорциональности, зависящий от температурь!
ш - концентрация аммиачной воды в растворе NH<OH, в н.д.
К| - константа равновесия реакции
NH4CO2NH 2 + 2НзО = NH4HCO3 + NTUOH
К, = {ИНЛСОз} {NH,OH>/{ ЫНдСОг NH2}= К {Н2 0 }2
Коэф-т М определяется по уравнению lg М = ( - 2064/Т) + 7.38
lg М = ( - 2064/313) + 7.38 = - 6.594 + 7,38 = 0,786 или М=6,1
Константа Ki определяется по уравнению lg К] = (-395/Т) +1,67
lg К, = (-395/313)+ 1,67 = - 1,262 + 1,262 = 0,408 или К ,= 2,56
Концентрация “т ” - определяется по уравнешпо m = а - d + g
где: а - концентрация общего аммиака в растворе, равная прямому титру
раствора, в н.д. (по регламенту = 101,2 н.д.)
d —концентрация общей С 0 2 в растворе , в н.д. (по регламенту 57,92)
g - концентрация ионов НСО'з в растворе , в н.д.
g 2 = (n - d + 2 /s)g - d/s =0
n - прямой титр раствора в н.д., s = (Кз +1)/ КгК3
Кз —константа равновесия, определяется из соотношения Кз—1/КгК2
К2 - константа равновесия реакции:
NH 3 HCO3 + NHjOH = (NHThCOj + НзО
К2= (ЫНдЬСОз/ NH 4НСОз NTUOH
Кз - вычисляется по уравнешпо:
lg Кз = (- 1322/Т ) +5,29
lg Кз = (- 1322/313 )+5,29 = - 4,224+5,29= 1,066 или Кз = 11,64
Находим S = (11,64 +1)/ 11,64 2,56 = 12,64/29,798 = 0,424
321
Подставляем значение S в исходное уравнение:
g2 +(101,2 - 57,92 + 2/0,424) g - 57,92/ 0,424 = 0
g2 + (101,2-57,92 + 4,717)g-136,6 = 0
g2 + 47,997g - 136,6 = 0
откуда
g = (. 47,997/2) ± V(47,9972/4)+ 136,6 = - 24± V576 + 136,6 = -24± V712.6
- 24 ± 26,69, откуда g = 2,69 н.д.
теперь находим ш = 101,2 - 57,92 + 2,69 = 45,97 н.д., то есть ш =45,97 н.д.
Теперь найдем упругость аммиака над раствором: рмнз = М ш/К]
рнш = 45,976,1/2,56 = 110ммрт.ст.или 110 1,36 103= 0,14610s н/м2
Газ на выходе из карбоколонны имеет температуру 40°С и давление 1,2
кг/см2
или 1,2 0,981 Ю5= 1,177 105 н/м2
упругость паров воды при данной температуре 0,074 105 н/м2
За счет наличия солей в жидкости упругость паров воды снижается на 20%
(припимаем условно), тогда рню = 0,074 1050,8 = 0,0592 105 н/м2
Давление сухого газа (без учета аммиака) на выходе из колонны:
■ 0,146 I О5 + 1,177 105 -0,0592 I О5= 0,9718 105 н/м2
В составе этого газа СОз = 127,63 кг, прочих газов = 78,73+368,41= 447,14
кг
Количество водяных паров в выходящем газе подсчитывается по уравнению:
m Н20 = ПрН20 18/ р сух. газ
где: п - число киломолей сухого газа = (127,63/44) + (447,14/28) = 2,9 +
15,97 = 18,87 кмоль
р сух. га - давление сухого газа = 0,9718 105 н/м2
тогда m ню = 18,87 0,0592 10518/0,9718 105= 20,69 кг
В выходящем из карбоколонны газе содержится аммиака:
{(127,63/44) + (447,14/28)} 0,146 105 17 /0,9718 105 = 18,870,146 17/0,9718
48,19 кг или 48,19 20/17 5,444 = 10,41 н.д. NHy
где 5,444 м3- количество вытекающей из колонны жидкости
Состав газов, выходящих из колонны:
компонент
СО:
NI-Ь
прочие
Н:0
Итого
кг
127.63
48.19
447,14
20.69
643.65
кг/м3
1.964
0,759
1,25
0,805
1.257
Нм3
64,98
63.49
357.71
25.7
511.88
%. об.
12.69
12.40
69.89
5.02
100.0
Процентное содержание СОг в выходящем из карбоколонны газе - 12,69%.
Состав жидкости выходящей из колонны:
Количество осажденного в колонне бикарбоната натрия - 1650,84 кг,
322
количество NH 4C1, эквивалентное осажденному бикарбонату натрия
1650,84
53,5/84 = 1051,43 кг или 1650,8420/84 5,444 = 72,2 н.д.
Количество NaCI, израсходованное на осаждение NaHCOj
1051,43 58,5/53,5 = 1149,69 кг
В растворе остается непрореагировавшего NaCI 1596,8 -1149,69 = 447,11
кг
Содержание карбонатов аммония в колонной жидкости определяется соотно-шением между прямым титром и СО? в жидкости. Прямой титр определя­
ется по балансу аммиака ( если все углсаммонийные соли - УАС - в виде
бикар-боната, то количество СО? равнялось бы удвоенному прямому титру, а
если все УАС в виде карбоната аммония, то количество СО? равнялось бы
прямому титру).
Если бы аммиак не выдувался, тоМНзобщ. в выходящем растворе было бы
101.2 5,955/5,444= 110,7 н.д.
С учетом выдувания аммиака 110,7-10,41 = 100,29 н.д.
Прямой титр определяется по разности между NHM, и NH!lm :
100,29-72,2 = 28,09 н.д.
Разность между содержанием С 0 2 и прямым титром дает количество
бикарбоната аммония NH4HCO3 в растворе 40,07 - 28,09 = 11,98 н.д.
40,07 н.д. - из регламента КСЗ
Количество (NKih С 0 3 определяется по разности между прямым титром и
содержанием NH 4HCO3:
2 8 ,0 9 - 11,98= 16,11 или 16,11 965,444/202 = 210,49 кг
Состав жидкости, выходящей из осадительной карбоколонны:
NaCI -447,11 кг
NH 4CI - 1051.43 кг
NH 4HCO 3- 248,58 кг
(NH.i)2 СОз - 210,49 кг
всего в жидкости содержится растворенных солей :
447,11 + 1051,43 +248,58 + 210,59= 1957,71 кг
Реакции, протекающие в карбоколонне:
1)NH 4O H =N H 3 + Н20
при этом выделилось и ушло с газами из колонны 48,19 кг аммиака
осталось в жидкой фазе воды 48 , 1 9 18/17 = 51.02 кг
израсходовано N H4OH 48,1935/17 = 99,21 кг
2) 2 NH 4OH + С 0 2 = (NlLj^h СОз + Н20
количество NH 4OH в поступающем в колонну растворе определяется по
разности между прямым титром и содержанием СО?
101.2 - 57,92 = 43,28 н.д. или 43,19 35 5,955/20 = 449,72 кг
на реакцию израсходовано 449.72 —99.21 = э50.51 кг N1ЬОН
и 350,51 44/2 35 = 220.32 кг СО?
образовалось 350,51 96 /2 3 5 = 480,7 кг {N1Ь)? СОз
и 350,51 1 8 / 2 35 =90,13 кг Н20
3) (NH 4>2 СОз + С 0 2 + Н20 = 2 NH4HCO3
323
Для упрощения расчета примем, что УАС во входящем в карбоколонну
рас-творе находятся в виде (Ы Н^СОз.
Их количество определяется по содержанию С 02 в поступающем растворе:
57,92 96 5,955/202 = 827,79 кг (ЫН4>2 СОз.
Израсходовано:
827,79 + 480,7-210,49= 1098,0 кг (NHj^CCb
Ю98 44/96 = 503.25 кг СО?
1098 18/96 =205,88 кг Н20
образовалось 1098 79 2 / 96 = 1807,13 кг NH4HCO3
4) NH4HCO3 + N a C l = ЫаНСОз + N H 4C 1
образовалось 1650,84 кг ЫаНСОз
и 1650,84 53,5/84= 1051,43 кг N R .C 1
израсходовано:
1650.84 79 /84 = 1552,58 кг ЫШНСОз
1650.84 58,5 /84 = 1149,68 кг NaCl
Содержание воды во входящей в колонну жидкости рассчитывается по еб
плотности. Масса жидкости 1189,165,955 = 7081,45 кг
В этой жидкости растворено солей : 1596,8 + 827,79 + 449,72 = 2874,31 кг
Содержание воды 7081,45-2874,31 =4207,14 кг
Количество воды в выходящей из колонны жидкости:
4207,14+ 11,59+141,15 -205,98-20,69= 4133,31 кг
Сводный материальный баланс карбоколонны (в кг на 1000 кг соды)
Компо­
нент
NaCl
(NHa)xCO,
NH 4OH
NRiHCOj
NaHCOi
NHXi
NHj
с жид­
костью
1596.8
827.79
449.72
итого
1596,8
827,79
449.72
0
0
0
0
C 02
H 2O
Проч. газы
Всего
Приход
с газом
4207.14
7081,45
851.74
11.59
447.14
1310.14
851.74
4218.73
447.14
8391,59
В колонне при рсахщ их
Iплохо образо­
ИТОГО
валось
довано
1149.68
-1149.68
480.7
1098.0
-617.3
449.72
-449.72
1807.13
1552.28
-г254.85
1650.84
+ 1650.84
1051.43
+ 1051.43
+48.19
48.19
723.57
- 723.57
205.88
-6 4 .7 3
141.15
0
5179.44
5179,13
-2995,0
+2995J 1
С ЖИД­
КОСТЬЮ
447.11
210.49
ИТОГО
447.11
210.49
0
0
254.85
1650.84
1051,43
249.76
1650.84
1051.43
48.19
128.17
4154.0
447.14
8392,72
413331
.
7748,03
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
Приход тепла
1) с аммонизированной и карбонизированной жидкостью
q, = 7081,45-3,04 40 = 861104,32 кдж
3,04 кдж/кг град - теплоемкость жидкости при 40°С
2) с газом на первый вход (нижний)
Теплоемкость С 0 2 при 40° = 0,84 кдж/кг град
Ы2
= 1,027 кдж/кг град
324
Расход
с газом
48.19
128,67
20.69
447.14
644,69
Энтальпия водяного пара
=2575 кдж/кг град
q2=(mco 2 Cco2 + ш№с т ) 1 + m moimo = (413,81 0,84 +78 73 1 027Y40 +
3,6 2575 = (347,6 + 80,86) 40 + 9270 = 428,46 40 + 9270 = 17138 4 +9270 =
26408,4
кдж
3) с газом на второй вход (середина)
q3= (meo:Ccce + niN3c w ) t + т н 2о1н2о = (437,93 0.84 + 368,41 1,027) 40 +
7,99 2575 = (367,86 + 378,36) 40 + 190%,2 = 746,22 40 + 19096,2 =
=29848,8 +20574,25 - 50423,05 кдж
4 ) от химических реакций
а) 2 NH4OHp + С 02р = (NH4)2 СОзр + Н2Ож+ 81,74 кдж/моль
Q„ = (941,86 + 285,84) - (2 366,52 +412,92) = 81,74 кдж на 1 моль NH^OH
где: 941,86 - сумма теплот образования и растворения (NH4}2 СОз,
285,84 - теплота образования Н20»,
366,52 - сумма теплот образования и растворения NH4OH,
412,92
- сумма теплот образования и растворения С02 в кдж/моль
q„= 81,74 1000 350,51/2 35 = 409295,53 кдж
б) (ЫНа/г СОзр + С 02р + Н20* = 2 ЫНДСОзр + 12,4 кдж/моль
q5 = 12,41000 1098/96 = 141825,0 кдж
в) гШ Л С О зр + 2NaClp = 2NaHCOj„ + гИНаС^ + 4,14 на 2 моля
ЫНаНСОз
в этой реакции по закону Гесса учитываем коэффициенты предыдущих
ре-акций:
Qp = (2947,4 + 2299,45)-(2826,51 + 2418,27) = 4,14 кдж
где: 947,4 - теплота образования NaHC03, 299,45 - сумма теплот
образования и растворения NRjClp; 418,27 - сумма теплот образования и
растворения
N aCI, кдж/моль
q.= 4,14 1000 1650,84/2 84 = 40681,41 кдж
q4= 409295,53 + 141825 + 40681,41=591801,94 кдж
5) Теплота растворения углекислого газа:
q5= 19,41 1000 723,57/44 = 319193,04 кдж
где: 19,41 - теплота растворения С 02, кдж/моль
Суммарный приход тепла:
Qnp«x= 861376,7 + 28148,24 + 46393,12 + 597529,71 + 319470,95 =
1852918,72 кдж
Расход тепла
1) с суспензией идущей на фильтры:
а) с жидкой фазой
7748,03 - 1650.84 = 6097.19 кг
q„= 6097,193,0232 = 589232.44 кдж
где: 3,02 - теплоёмкость жидкости при 32°С, кдж/кгград
6) с осадком
qa= 1650,84 1,17 32 = 61807,45 кдж
где: 1,17 - теплоёмкость осадка бикарбоната натрия, кдж/кгград
325
q, = 589567,78 + 61807,45 = 651375,23 кдж
2) с газами из карбоколонны при температуре 40°С :
q2= (128,670,852 + 447,14 1,035 + 48,192,146) 40 + 20,69 2574 = (109,63 +
462,79 + 103,42) 40 + 53256,06 = 675,8440 + 53256,06 = 27033,6 + 53256,06
80289,66 кдж
3) расход тепла на реакцию.
NH<OHp = NHjp + Н20* - 34,49
кдж/моль
Qp = (46,19 +285,84) - 366,52 = 34,49 кдж/моль
q 3 =34,49 1000 48,19/17 = 97769,0 кдж
4) потери тепла в окружающую среду подсчитываются по уравнению:
q< = ссҒДгтЮ'3 кдж
где: а - коэффициент теплоотдачи , вт/м2град; Ғ - поверхность колонны
м2;
At - разность между температурой стенки колонны и температурой
окружающей среды, °С; коэф-т перехода от часов к секундам, сек/час;
I О'3 - коэф-т перехода от джоулей к килоджоулям.
Для определения теплопотерь в окружающую среду примем температуру
стенки колонны tCTравной 40°С, а температуру окружающей среды tcp рав­
ной 20°С (колонна находится в производственном корпусе). Тогда:
а = 9,3 + 0,058 Ц, = 9,3 + 0058 40 = 11,63 вт/м2 град
At = 40 - 20 = 20 град.
Размеры карбоколонны: диаметр - 2520 мм, высота - 27800 мм
F = irDH = 3,14 2,5227,8 = 220 м2
q4= 11,63 3600 10'322020 1000/4583 =40196,2 кдж на 1 тн соды, где 4583
кг/час - часовая производительность карбоколонны (110 тн в сутки).
5) q5- тепло, отводимое в холодильниках карбоколонны, определяется из
теплового баланса по разности между приходом и расходом.
Всего расход тепла:
Qi«* = 651375 + 80289,66 + 97769 + 40196,2 + q5= 869630,09 + q5
Qapitx. = C W
869630,09 + q5 = 1852918,72 откуда q5= 1852918,72 - 869630,09 =
983288,63 кдж
Сводный тепловой баланс карбоколонны (в кдж на 1000 кг соды)
Приход
статья
кдж
С жидкостью
86110432
С газами 1-го входа
26408.4
С газами 2-го входа
50423,05
%
46.48
1,43
2,72
От химических ре­
акций
Теплота растворения
591801.94
319193,04
31.94
17,23
Итого
1852918,72
100,0
326
Расход
%
статья
кдж
35.15
651375.23
С суспспзисй
4,33
80289,66
С газами
На химические реак5.28 .
97769.0
щга
Потери в окружаю­
2,17
40196,2
щую среду
Отводится в холо­
53,07_
983288,63
дильнике
1852918,72 L joojU
Всего
ш.
Р А С Ч Е Т П АРОВОГО КАЛЬЦИНАТОРА ЛЕГК О Й СОДЫ
Исходные данные:
Состав сырого бикарбоната (в масс. %) :
N aH CO j-78,18
NajCOj -0 ,5 0
NH 1HCO3 -3 ,9 8
N aC l-0 ,3 4 (0,198)
H20 - 17,00
Состав кальцинированной соды:
Ыа2С О з - 99,20
ЫаНСОз-0,40
N aC l-0 ,4 0
Температура поступающего сырого бикарбоната - 32°С
Температура выгружаемой кальцинированной соды -70°С
Материальный баланс
С учетом 0,15% потерь в кальцинаторе образуется технической соды :
10001,0015 = 1001,5 кг
В этом количестве содержится компонентов:
Na2C 0 3 1001,5 0,992 =993,5 кг
NaHCOj 1001,50,004 =4,0 кг
NaCl
1001,5 0,004 =4,0 кг
На 993,49 кг соды потребуется бикарбоната натрия
993,49284/106 = 1574,59 кг
в готовой кальцинированной соде содержится 0,4 % неразложившегося
би-карбоната натрия, то есть на 1001,5 кг соды - 4 кг бикарбоната. С учетом
этого
потребуется бикарбоната натрия 1574,59 + 4 = 1578,59 кг
Состав сырого бикарбоната, поступающего в паровой кальцинатор:
кг
компонент
%
NaHCO,
1578.59
78.18
10.1
Na-CO,
0.50
80.36
ЫНзНСО,
3.98
NaCl
6,87
0,34
НгО
343.25
17.00
2019,17
Итого
100,00
Реакции, протекающие в процессе кальцинации:
1) NH ,HC0 3 = NH 3 + C 0 2 + H 20 - Q
Расходуется 80,36 кг бикарбоната аммония. При этом образуется:
327
80,3617/79= 17,29 кг NH3
80.36 4 4 /7 9 = 44,76 кг С 02
80.36 18/79 = 18,31 кгН 20
2) 2NaHCOj = NajCOj + COa + Н20 - Q
Расходуется 1 5 7 8 ,5 9 -4 = 1574,59 кг бикарбоната натрия. При этом об­
разуется:
993,49 кгЫа2С 0 3
1574,5944 / 168 = 412,39 кг С 02
1574,59 18/ 168= 18,31кгН20
Всего образуется :
17,29 кг NH3
44,76 + 412,39 = 457,15 кг С 02
18,31 + 168,71 = 187,02 кгН 20
Сводный материальный баланс кальцинации бикарбоната натрия:
Компо­
нент
NaCI
NaHCOj
Na-COj
NHjHCOj
СОг
Nib
НгО
Всего
В кальцинаторе по реакциям
Приход
готовой
использо­ 1ГТОГО
с сырым образо­
соды
вано
бикарбо­ валось
натом
6.87
0
6.87
0
0
4,0
0
1574,59 - 1574,59
1578.59
1002,1
0
+993,49
993,49
10,1
-80,36
0
80.36
0
80,36
+457,15
0
457,15
0
+17.29
17.29
0
0
+187.02
343.25
187.02
0
1012.97
1654,95
0
2019.17 1654,95
Расход
газов
всего
1.49
0
457,15
17,29
530.27
1006.2
6.87
4.0
993,49
0
457,15
17,29
530.27
2019,17
Тепловой баланс
Приход тепла
1)
тепло, вносимое в кальцинатор с паром - q3. Для кальцинации использу-ется пар с давлением 3,1 МПа избыточных и с температурой 236°С. Теплосо-держание этого пара 2793 кдж/кг, а теплота конденсации - 1715
кдж/кг.
Количество греющего пара примем за X кг, тогда
q i= 1715 X кдж
2) тепло, вносимое с сырым бикарбонатом - q2.
328
qz = (2019,17 -343,25) 1,17 32 + 343,25 133,7 = 1675,92 1 17 32 +
45892,53 = 62746,44 + 45892,53 = 108639 кдж
где: 1,17 - теплоемкость сырого бикарбоната натрия, кдж/кгград
32°С - температура сырого бикарбоната,
133,7 -энтальпия воды, кдж/кг
Всего приход тепла:
Qrp»* = 1715 X + 108639 кдж
Расход тепла
1) тепло, уносимое выходящей содой
q ,= 1012,97 1,13 190= 217485 кдж
2) тепло, расходуемое на эндотермические реакции
а) NH4HCO3 т. = NH jr + СО2, + Н2О r - Qp
Q p =(46,19 + 393,51 + 241,84)-852, 87 —171,33 кдж/кг на 1 моль
N H 4H C O 3
q .= 171,33 1000 80,36 / 79 = 174279,5 кдж
б)
2 N a H C O ,„ = N a 2C O , „ + C 0 2 r + H 2O r - Q
Q p = (1129,0 + 393,51 + 241,84) -(2947,4) = - 130,45 кдж на 1 моль
Ыа2СОз
q6= 130,45 1000 993,49/ 106 = 1222648,8 кдж
q2 = 174279.5 + 1222648,8 = 1396928,3 кдж
3) тепло, уносимое с газами из кальцинатора:
q3= (457,15 0,909 + 17,29 2,276 + 187,02 1,886) 190 + 343,25 2855 =
= (415,55 + 39,35 + 352,72) 190 + 979979 = 807,62 190 + 979979 =
153448 +
+ 979979 = 1133427 кдж
4) тепло содовой пыли, уносимой с газами:
q4 =1,49 1,13 190 = 320 кдж
329
5) потери тепла в окружающее пространство примем равпыми 3% от при­
хода тепла с греющим паром
q5= 0,03 1715 X кдж = 51,45Х кдж
Q *** = 2 1 7 4 8 5 + 1 3 9 6 9 2 8 + 1 1 3 3 4 2 7 + 3 2 0 + 5 1 ,4 5 X = 2 7 4 8 1 6 0 + 5 1,4 5 Х
кдж
Н отак к ак
Qnp«* = C W . то
1715 X + 108639 = 2748160 + 5 1.45Х
1663,55Х = 2639521
X = 1586,68 кг пара на 1000 кг соды
Количество тепла, поступающего с греющим паром
q, = 1715 Х= 1715 1586,68 = 2721156 кдж
Определим потери тепла
q5= 0,03 1715 X = 51,45Х = 51,45 1586,66 = 81633,7 кдж
Сводный тепловой баланс кальцинации бикарбоната натрия:
Расход
П риход
статья
кдж
статья
%
С вы ходящ ей содой
С гр е ю щ и м паром
1715
1616
2721156
9 6 ,2 3 2
С бикарбонатом
натрия
108639
2829795
В сего
IV.
3 ,7 7
1 0 0 .0
кдж
Н а эндотерм ические
реакции
1 3 9 6 9 2 8 ,3
С
1133427
у х о д я щ и м и газам и
С содовой пы лью
3 2 0 ,0
П отер и тепла
8 1 6 3 3 ,7
В се го
2829795
РА СЧЕТ КАЛЬЦИНАТОРА ТЯЖ ЕЛО Й СОДЫ
Исходные данные:
Температура газа на выходе из кальцинатора- 105 - 1 15°С,
температура сырого моногидрата на входе в кальцинатор - 90°С,
температура соды в кальцияаторе - 150- 160°С,
давление пара низкого давления на входе в кальцинатор - 1 ,4 МПа.
температура пара низкого давления - 197,4°С.
330
%
217485
1 0 0 .0
С ост ав сырого моногидрата спЛиКОМЛОНС1ГТ
% м асс.
к г/ти
NaCI
0 .1 9
1 .9
Ы аЮ О гН гО
9 3 .8 1
9 3 8 .1
Н Ю
6 .0 0
6 0 .0
В сего
1 0 0 .0
1 0 0 0 .0
Сост ав т яж е л о й соды :
Ы а 2С О з -
99,2%, NaCI - 0,2%, Н2О -0,6%
Или в 1тн тяжелой соды содержится: Na2C03 - 992 кг, NaCI - 2 кг НгО-6
Материальный баланс кальцинатора тяжелой соды
Расчет ведем на 1 тонну тяжелой соды.
Содержание Na2C 0 3 в 1тн моногидрата NajCOj HjO :
124 - 106
998 - X
X = 998 х 106 /124 = 853,13 кг или в % = 854,84 х 100/1000 = 85,484%
Содержание воды 998 - 853,13 = 144,87 кг
На 1 тн тяжелой соды потребуется моногидрата:
854,84 - 998
992,0
X
Х = 9 9 2 x 9 9 8 /854,84= 1158,13 кг
Состав сырого моногидрата на входе в кальцинатор (в масс. %) :
Na2C 0 3 Н20 - 93,81 %, Н20 - 6 ,0 % ,NaCI-0,19%
То есть на 1 тн тяжелой соды потребуется 1160,45 кг моногидрата, а сыро­
го моногидрата потребуется:
1158,13/ 0,9381 = 1234,55 кг
Состав выходящей тяжелой соды:
Na2C 0 3 - 992 кг, NaCI - 2 кг, Н20 - 6,0 кг
Количество влаги в сыром моногидрате сверх входящей в состав моно­
гидрата: 1234,55- 1158,13 =76,42 кг
Количество влаги с уходящим из кальцинатора газом:
1236,55- 1000 = 236,55 кг или 236,55:0,804 = 294,22 м
Примем, что через неплотности в системе происходит подсос воздуха в ко331
личестве 2% от общего расхода выходящих из кальцинатора газов. Тогда ко­
личество отходящих газов составит:
291,73: 0,98 = 297,68 м3
в том числе воздуха 297,68 - 291,73 = 5,95 м3 или 5,95х 1,29 =7,67 кг
Таблиця материального баланса кальцинации тяжелой соды
Расход
Приход
С татья при­
С татья
кг
кг
расхода
хода
1.
С ы р о й м о н оги д р а т.
1 2 3 6 ,5 5
т.ч .
a ) N a 2C O y Н 2О
1.
1 1 5 8 ,1 3
Т я ж е л а я сода,
1 0 0 0 ,0
в т .ч .
N a jC Q j
в т .ч .
9 9 2 ,0
N a 2C 0 3
9 9 2 ,0
N aC l
2 ,0
Н 2О
1 6 6 ,1 3
Н тО
5 ,6 5
в составе
м о н оги д р ата
2.
Г азы и з кальц инаго­
6 )N a C l
2 ,0
в ) Н 20
7 6 ,4 2
ра , в т .ч .
В о зд ух
7 ,6 7
воздух
н 2о
2.
В сего
1 2 4 4 ,2 2
В сего
2 4 4 ,2 2
2 3 6 ,5 5
7 ,6 7
1 2 4 4 ,2 2
Тепловой баланс кальцинатора тяжелой соды
Приход тепла
1. С сырым моногидратом при температуре 90°С:
q ,= 1158,13 90 1,35 + 75,42 376,8 = 140713 + 28795= 169247 кдж
где: 1,35 кдж/кг град - теплоемкость сырого моногидрата,
376,8 кдж/кг - теплосодержание воды при 90°С
2. С греющим паром:
q2 = 2820X кдж
где: X - количество греющего пара, в кг
2820 кдж/кг - теплосодержание греющего пара
Итого Qnpm. = qi + q2 = (2820Х + 169508) кдж
Количеством тепла, поступающим с подсасываемым воздухом, пренебре­
гаем, так как оно ничтожно мало и не может повлиять на общий результат
332
Расход т епла:
1) с тяжелой содой:
q, = 1000 160 1,13 = 180800 кдж
2) потери тепла на разложение моногидрата:
N a 2C O j H 20 = Ы а т С О з
+ Н 20
+
q рол = 1140 кдж/кмоль
q2 = 1160,45 1140/124 = 10669 кдж
3) с отходящими газами при температуре 115°С:
q3= 236,55 2796 + 7,671,01 115 = 661394 + 891= 662285 кдж
4) потери тепла в окружающее пространство:
примем потери тепла 5% от прихода тепла с греющим паром
q4 = 2820Х 0,05 = 14IX кдж
Итого расход тепла:
Q p* * =
qi + qz + qj + q< = 180800 + 10669 + 662285 + 141X = 141X +
853754
Qnpnx. = Qpaac
2820X + 169508 =141X + 853754
2679 X = 684246
X= 255,41 кг пара на 1 тн тяжелой соды.
Определим потери тепла в окружающее пространство:
q4 = 141Х= 141255,41 =36013 кдж
Приход тепла с греющим паром:
q2 = 2820Х = 2820x255,41= 720256 кдж
333
Сводный тепловой баланс кальцинатора тяжелой соды
Р а сх зд
П рпход
КДЖ
%
720256
8 0 ,9 5
кдж
ста тья
С
С гре ю щ и м паром
вы ходящ ей
тяж ел ой содой
180180
_ J0 ^ 7 _
Н а разлож ение
10669
С у х о д я щ и м и га за м и
662285
169508
1 9 ,0 5
П о те р и тепла
36049
8 8 9 7 6 4 .0
1 0 0 .0
В сего
С сы ры м
м о н о ги д р а то м
В сего
ы он ош драга
V.
8 8 9 1 8 3 ,0
1.20
_ Z i4 8 ^
4 ,0 5
ГоотГ
РАСЧЕТ ДИСТИЛЛЕРА
Исходные данные
1. Состав раствора, поступающего из смесителя в дистиллер
Компонент
кг/ч ас
%. м а с с .
н .д .
кг/т сод ы
к г/м 3
ЫНз
4 8 2 5 ..6 3
3 .8 3
4 9 .8 5
3 8 6 .0 5
4 2 .4 5
1 5 .6 1
N a d
5 1 8 9 .8 4
4 .1 2
4 1 5 .1 9
4 5 .6 6
Н ;0
1 0 0 9 4 9 ,6 8
8 0 .2 1
8 0 7 5 .9 7
8 8 8 .0 5
5 .3 3
С а О оК п
6 0 6 .9
0 ,4 8
4 8 ,4 9
СаСО з
6 4 9 ,9 5
0 .5 2
5 2 .0 0
5 .7 2
М еО
1 0 2 .1 7
0 ,0 8
8 .1 7
0 .9 0
1 0 7 8 .6 2
1 1 8 .6 1
4 2 ,7 4
С аС Ь
1 3 4 8 2 ,7
1 0 .7 0
П рочее
3 8 ,3 1
0 .0 3
3 ,0 6
0 ,3 4
В се го
1 2 5 8 4 4 .3 7
1 0 0 .0
1 0 0 6 7 .5 5
1 1 0 7 .0
О бъем
1 1 3 . 6 8 м 3/ ч . т е м п е р а т у р а 1 1 0 ° С .
п л о т п о с т ъ 1 1 0 7 к г / м 3.
~]
9 , 0 9 4 м 3/ т с о д ы
2. Состав раствора, выходящего из дистиллера:
Компонент
кг/ч ас
N H j
5 ,0
NaCI
5 1 8 9 ,8 4
Н зО
% , м асс.
Н .Д
кг/т сод ы
кг/м 3
0 ,4
0 .0 4
4 .1 6
4 1 5 .1 9
4 5 .9 6
1 0 4 7 0 3 .0 8
8 3 ,9 1
8 3 7 6 .2 5
9 2 7 .2 3
6 0 6 .9
0 ,4 9
4 8 .4 9
5 .3 7
СаСО з
6 4 9 ,9 5
0 ,5 2
5 2 ,0 0
5 .7 6
М дО
1 0 2 ,1 7
0 ,0 8
8 ,1 7
0 , 9 0 ____
__
С аС Ь
1 3 4 8 2 ,7
1 0 .8 1
1 0 7 8 .6 2
1 1 9 .4
.
П рочее
3 8 ,3 1
0 .0 3
3 .0 6
0 .3 4
.
В се го
1 2 4 7 7 7 ,1 4
1 0 0 ,0
1 0 0 6 7 .5 5
О бъем
1 1 2 . 9 2 м 3/ ч .
те м п е р а тур а 1 13°С,
п л о т н о с т ь 1 1 0 5 к г / м 3;
334
9 ,0 3 4
1 1 0 5 , 0 ___
ь г3/ т с о д ы -----------------
3. Газ, поступающий в дистиллер из смесителя:
Компонент
м ильц.
ЫНз
712.5
44.0
45.37
57.0
НгО
906.82
56.0
54.63
-72,54
Всего
1619.32 ~
100,0
100,0
100.0
129.S4
Температура - 91.5°, п л о т н о сть - 0 ,8 7 ,давл ен и е - 1.5 ат, объем - 2065,65 '
HM J/4
4 . Г а з , в ы х о д я щ и й и з те п л о о б м ен н о й части
дистиллера
Компопент
к г/ч а с
% , масс.
% , молы з.
к г/г сод ы
N H j
5 5 3 1 ,8 8
3 6 ,6 4
4 0 .5 4
4 4 2 ,5 5
СО з
1 6 6 0 ,6 0
1 1 .0 0
4 ,7 1
н 2о
7 9 0 3 .8 5
5 2 .3 6
5 4 ,8 0
В сего
1 5 0 9 6 ,3 3
1 0 0 ,0
Температура - 86°, плотность - 0,67, давление - 1,1 ат, объём- 17949,14
нм3/ч
5.
С о с т а в р а с т в о р а , п о ст у п аю щ е го в теп л ообм ен н и к дистиллера
Компопент
кг/ч а с
% , м асс.
Н.Д .
кг/г соды
кг/м 3
N H 3
1 4 0 0 .6 4
1 .8 2
2 3 ,7 6
1 1 2 .0 5
2 0 .2 3
NH4CI
1 2 9 9 5 .8 2
1 6 .8 6
7 0 .1 7
1 0 3 9 .6 7
1 8 7 .6 9
N aCl
5 1 8 9 .8 4
6 .7 3
2 5 .6 3
4 1 5 .1 9
7 4 ,9 5
СО з
1 8 3 3 ,8 9
2 ,3 8
2 4 .0 8
1 4 6 .7 1
2 6 .4 9
Н 20
5 5 6 4 0 .4 8
7 2 .2 0
4 4 5 1 .2 4
8 0 3 .5 9
В сего
7 7 0 6 0 .6 6
1 0 0 .0
6 1 8 4 .8 5
111195
1
О б ъ ё м 6 9 2 4 м * / ч , т е м п е р а т у р а 7 5 ° С . п л о т н о с т ь 1 1 1 3 к г / м 3;
6.
5 ,5 3 9 м 3/ т с о д ы
Газ из испарителя в дистиллер:
Компонент
к г/ч а с
кг/т с о д а
Н 20
1 2 6 0 ,3 5
1 0 0 .8 3
к г/м 3
Т= 105°С; Р = 1,2ат; плотность-0,715 кг/м3; V - 1762,73 м3/час
7.
Греющий пар в дистиллер;
G =18982,51 кг/час; Т= 133°С; Р = 3,0 а т ; плотность - 0,92 кг/м , V - 20624,2
м3/час
335
8. Состав известкового молока:
Компонент
к г/ч а с
%. м а с с .
Н 20
3 4 5 3 5 ,2 1
8 U 3
С а О овш.
7 6 3 9 ,3 1
1 7 ,9 5
С оО агг
7 1 8 9 .9
1 6 ,8 9
1 7 0 .0
256 0
0 60
1 6 0 .0
3 ,0
М аО
1 0 0 .4 6
0 .2 4
Прочее
3 8 .3 1
0 ,0 9
В сего
4 2 5 6 9 .2 8
1 0 0 .0
О бъём
9.
Н.Д.
кг/т сод ы
2 7 6 2 .8 2
6 1 1 .1 4
1 0 1 3 QS
2 2 4 ТО
5 7 5 .1 9
2ГқТп
7 J2
8 ,0 4
Z9S
0 ,3 1
ГГ?
3 4 0 5 ,5 4
34.06 M V 4 . т е м п е р а т у р а 9 2 “ С , п л о т н о с т ь 1 2 5 0 к г / м ;
2 ,7 2 5
m V
1249ГЙ Т
т соды
Состав раствора, поступающего в смеситель из ТДС
Компонент
к г/ч ас
%. м а с с .
ИД.
кг/т сод ы
N H j
1 4 0 0 .4
1 .6 5
2 0 ,8 9
1 1 2 .0 3
1 7 ,7 8
N H iC I
1 2 9 9 5 .8 2
1 5 ,3 1
6 1 .6 9
1 0 3 9 .6 7
1 6 5 .0 3
N aCl
5 1 8 9 .8 4
6 .1 1
2 2 ,5 3
4 1 5 .1 9
6 5 .9 0
C O 2
1 7 3 .2 9
0 .2 0
H ;0
6 5 1 3 2 ,9 2
7 6 ,7 3
В сего
8 4 8 9 2 .5 0
1 0 0 ,0
О б ъ е м 7 8 ,7 5 м ’/ч . т е м п е р а т у р а 9 5 ° С .
2 ,0 _
.
п л о т н о с т ь 1078 к г /м э:
кг/м3
1 3 ,8 6
2 .2 0
5 2 1 0 ,6 3
8 2 7 .0 8
6 7 9 1 .4
1 0 7 8 .0
6 .3
м 7 т соды
Схема материальных потоков дистиллятора:
CafOH^
СМ - смеситель, ТДС - теплообменник дистилляции, ДС - дистиллятор. КДС - ковдсисатор дистилляции
336
Предварительный материальный расчет
Принимаем количество подаваемого в дистиллер пара на основе регла­
ментных данных с последующим уточнением на основе теплового баланса.
Расход греющего пара в дистиллер по регламенту составляет 18988,51 кг
в час или 18988.51/12,5 = 1518,6 кг/т соды
Параметры греющего пара: температура 133°С и давление 3 атм.
Содержание аммиака в жидкости, поступающей из смесителя в дистиллер,
- 386,05 кг на тонну соды, а жидкости , выходящей из дистиллера в испари­
тель - 0,4 кг/т соды. Количество аммиака, уносимого с газами из дисиллятора:
386,05
- 0,40 = 385,65 кг/т соды
С газами из дистиллера в ТДС уходит вместе с аммиаком водяной пар.
Компонент
кг/т
% , м асс.
плотность
м 3/ т
% ,о б
N H 3
3 8 5 ,6 5
2 4 ,0 4
0 .7 7 1
5 0 0 ,1 9
2 4 ,8 2
н 2о
1 2 1 8 ,3 2
7 5 ,%
0 ,8 0 4
1 5 1 5 ,3 2
7 5 ,1 8
В сего
1 6 0 3 ,9 7
1 0 0 ,0
0 .7 %
2 0 1 5 ,5 1
1 0 0 ,0
Определим количество этого пара из баланса воды. С раствором из сме­
сителя в дистиллер поступает 8075,97 кг/т воды, а из дистиллера с раствором
в испаритель уходит воды 8376,25 кг/т соды. Тогда в виде пара уходит из ди­
стиллера воды:
8075,97 + 1518,6-8376,25 = 1218,32 кг/т соды
Тогда состав газов, выходящих из дистиллера в ТДС:
аммиак-385,65 кг
водяные пары - 1218,32 кг
всего - 1603,97 кг
Сводный материальный баланс дистиллера:
№
П риход
1.
Ж и д к о с т ь из
к г /т
№
Р асход
1
Ж идкость в
см еси тел я
NH3
N aC I
но
С аО обт
С аС О з
С аС 12
П рочие
Всего
к г /т
испаритель
3 8 6 ,0 5
NH,
0 ,4
4 1 5 .1 9
N aC I
4 1 5 ,1 9
8 0 7 5 ,9 7
НО
8 3 7 6 ,2 5
4 8 ,4 9
СаОобщ
4 8 ,4 9
5 2 ,0
С аС О з
5 2 ,0
1 0 7 8 ,6 2
С аС Ь
1 0 7 8 ,6 2
3 ,0 6
П рочие
3 .0 6
10059,38
Всего
9974,01
337
1518.6
Пар
2.
2
Газ в ТДС, в т.ч.
NH3
пар
Всего
11577,98
Итого
Итого
385.65
1218.32
1603.97
11577,98
Тепловой баланс дистиллера
Исходные данные:
Температура жидкости поступающей из смесителя - 110°С,
теплоемкость жидкости - 3,41 кдж/кгК,
теплоемкость осадка (в составе жидкости) - 1,05 кдж/кгК,
температура газа выходящего из дистиллера - 115°С
тепловые потери 1,0% от прихода с паром
энтальпия греющего пара - 2734 кдж/кг
L
Приход тепла:
1). с жидкостью из смесителя
а) с жидкой фазой
(10059,38 -48,49 -5 2 ,0 0 -3 ,0 6 ) 3,41 110 = 9955,82 3,41 110 =
3734428,08 кдж
б) с твердой фазой
103,55 1,05110= 11960 кдж
Всего с жидкостью из смесителя поступает тепла
Q, = 3734428,08 1 11960 = 3746388,08 кдж
2). с греющим паром
Q2 = 1518,6 2734 =4151852,4кдж
Итого общий приход тепла
Qnp» = Qi + Q i = 3746388,08 + 4151852,4= 7898240,48 кдж
Расход тепла
1). с жидкостью в испаритель
а) с жидкой фазой
(9974 ,01 -103,55)3,41 1, =9870,463,41 t«= 33658,27 t*
где t „ - температура жидкости выходящей из дистиллера
338
6) с твердой фазой
103,55 1,05 t« = 108,73 1,
Всего с жидкостью в испаритель уходит тепла
Qi =33658,27 t , + 108,73 t , = 33767 t,
2). с газами в ТДС
а) с аммиаком
385,65 115 2,19 = 97125,95 кдж
б) с паром
1218,32 2700 = 3289464 кдж
Всего с газами из дистиллера уходит тепла
Q2 = 3289464 + 97125,95 = 3386589,95 кдж
3). Расход тепла на отгонку аммиака
Q3 = 385,65 35,3 1000/17,03 =799380,21 кдж
4). Тепловые потери
Qj =0,01 Q2 =0,01 4151852,4 = 41518,52 кдж
Общий расход тепла
Q pocx. = 33767t, + 3386589,95 + 799380,21 + 41518,52 = 33767 t , +
4227488,68
Найдем температуру жидкости выходящей из дистиллера;
Q npHX
= Q p*cx.
7898240,48 = 337671* + 4227488,68
33767 t , = 7898240,48 - 4227488,68
337671« =3670751,8
t«= 108,7°C
Так как температура газов идущих из дистиллера в ТДС была в расчете
принята равной 115°С, а температура жидкости, поступающей из дпетпллера
в испаритель, по регламенту составляет 113°С, то производим перерасчет
теплового баланса.
Из дистиллера уносится тепла
а) с аммиаком
385,6597 2,19 = 81923,63 кдж
339
б) с паром
1218,322670 = 3252914,4 кдж
Всего с газами из дистиллера уходит тепла
Q2 = 3252914,4 + 81923,63 = 3334838,03 кдж
Общий расход тепла
Q p** = 337671, + 3334838,03 + 799380,21 + 41518,52 = 33767 I , +
4175736,76
Найдем температуру жидкости выходящей из дистиллера:
Q o p n
= Q pacx.
7898240,48 = 337671, + 4175736,76
337671« =7898240,48 - 4175736,76
337671, = 3722503,72
t„= 110,24°C
340
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ и РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Крашенинников С.А. Технология соды, М., Химия, 1988.
2. Шокин И.Н., Крашенинников С.А. Технология соды, М., Химия. 1975.
3. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., СтосвН.Д.. Производство соды. М., Химия. 1986.
4. Крашенинников С.А. Технология кальцинированной соды и очищенного
бикарбоната натрия, М., Высшая школа. 1985.
5. Шокин К Н ., Крашенинников С.А.. Технология кальцинированной соды и
очищенного бикарбоната натрия, М., Высшая школа. 1969.
6. Мельников ЕЛ. и др. Технология неорганических веществ и минераль­
ных удобрений, М., Химия. 1983.
7. Технологические регламенты КСЗ.
8. ТЭО строительства КСЗ, фирма «Кребс».
9. Патент Республики Узбекистана № IAP04203. Ибрагимов Г. И., Якубов
Р.Я., Туробжонов С.М., Эркаев А. У.,Рамбергенов А.К.,Тоиров
З.К.,Мухамедов К. Г., ИбрагимовА. А., ЛинкеевичВ. А./ Способ получения
кальцинированной соды. - от 14.07.20 Ю.На заявку1АР 20070288-от 13.07
2007г.
10. Ибрагимов Г.И., Якубов Р.Я., Рамбергенов А.К., Туробжонов С.М., Эркаев
А.У., Тоиров З.К. Основные проблемы технологии Кунградскогосодовогом за­
вода и пути их решение // Кимёвакимётехнолописи. -Ташкснт, 2007. - №4. С .2-5.
11. Якубов Р.Я., Эркаев А.У., Рамебргенов А.К., Тоиров З.К. Опытнопромышленные испытания использования слабого печного газа в производ­
стве кальцинированной соды // Химическая технология, контроль и управле­
ние. - Ташкент,2007. - №6,- С.16-20.
12. Якубов Р.Я., Рамбергенов А.К., Эркаев А.У., Тоиров З.К. Исследование
процесса карбонизации аммонизироватюго рассола слабым печным газом //
Узб.хим.ж .-Таш кент,2009,- №1. - С. 26-28.
13. Ибрагимов Г.И., Якубов РЛ., Рамбергенов А.К., Туробжонов С.М., Эркаев
А.У., Тоиров З.К. Освоение технологии производства кальцинированной соды
на Кунградском содовом заводе // Кимёвакимётехнологияси. -Ташкент, 2008. №1. - С. 2-3.
14.Рамбергенов А.К., Якубов РЛ., Эркаев А.У. Влияние технологических
параметров на выдувание аммиака из осадительных колонн при подаче
низкоконцентрированного печного газа // Кимёвакимётехнологияси. Ташкент, 2009. -№ 1. - С. 11-13.
15. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности, JI, Химия. 1969.
16. Макаров Г.В и др. Охрана труда в химической промышленности, М., Хи­
мия. 1989.
17. Кушслев В.П. Основы техники безопасности на предприятиях химиче­
ской промышленности. М., Химия. 1977.
18. Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. Технология глино­
зема. М., Металлургия. 1978.
341
19. Силёнок С.Г. и др., Механическое оборудование предприятий строитель­
ных материалов, изделий и копструкций, М., Машиностроение. 1990.
20. Родионов А .И. и др., Оборудование и сооружения для защиты биосферы
от промышленных выбросов, М., Химия. 1985.
21. Стерлин Л.С., Покровский В.Н. Химические и термические методы обра­
ботки воды на ТЭС. М.; Энергия. 1981.
22. Громогласов А Л . , Копылов А.С., Пильщиков А Л . Водоподготовка'. про­
цессы и аппараты. М.; Энергоатомиздат. 1990.
23. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и
водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. Справочник.
М.; Энергоатомиздат. 1990.
24. Тетеревков А.И., Печковский В.В. Оборудование заводов неорганических
веществ и основы проектирования, Минск, Вышэйшая школа, 1981.
25. Хуспутдинов В.А., Сайфуллин Р.С., Хабибуллин И.Т. Оборудование
производств неорганических веществ. Л., Химия. 1987.
26. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии,
М., Химия. 1977
27. под ред. Позина М.Е. Руководство к практическим занятиям по техноло­
гии неорганических веществ, Л., Химия, 1980.
28. Писаренко В.В., Захаров Л.С.. Основы технического анализа, М., Химия.
1972.
29. под ред. О.М.Петрухина. Практикум по физико-химическим методам
анализа, М., Химия. 1987
30. Глинка Н.Л. Общая химия. Л., Химия. 1977.
31. Рамм В.М. Абсорбция газов. М., Химия, 1976.
32. Александров И.А. Ректификация и абсорбция. М., Химия , 1978.
33. Мазуров Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих матери­
алов. М., Стройиздат, 1982.
34ЭКужиков В.А. Фильтрование. М., Химия, 1968.
35. Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов
химической промышленности. М., Машиностроение. 1976.
36. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод химической про­
мышленности, Л., Химия, 1977.
37.Кузнецов И.Е. Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязне­
ний вредными веществами. М., Химия, 1979.
38. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М., Химия. 1989.
39. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия, том 1 и 2. М.,
Химия, 1990.
40. Гольдберг К.А., Видергауз М.С. Введение в газовую хроматографию. М.,
Химия, 1990.
41. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ. М., Химия,1969.
42. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., Машиностроение,
1990.
342
43. под. ред. Строкина Б.В. и Сухотина А.М. Способы защиты оборудова­
ния от коррозии . JL, Химия, 1987.
44. Мельник Б.Д. Инженерный справочник по технологии неорганических
веществ. М., Химия, 1975.
45. Мельник Б.Д., Мельников Е.Б. Краткий инженерный справочник по тех­
нологии неорганических веществ. М., Химия, 1968.
46. Иванов Ю.А., Стрижевский И.И. Хранение и транспортировка жидкого
аммиака. М., Химия, 1991.
47.
Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. М., Высшая школа,
1970.
48. Под ред. Торочешникова Н. С. Технический анализ и контроль в произ­
водстве неорганических веществ. М., Высшая школа, 1976.
49. Под ред. Алесковского В.Б. и Яцемирского К.Б. Физико-химические ме­
тоды апализа. Д., Химия, 1971.
50. Микулин Г.В., Поляков И.К. Дистилляция в производстве соды. JL, Госхимиздат, 1956.
51. Жуманиязов М. Ж. Автореферат докторской диссертации «Химия и
технология антикоррозионных материалов на основе промышленных
отходов». Ташкент. 2005 г.
52. Рабинович В.А., Хавин 3-Я. Краткий химический справочник. JI., Химия,
1991.
53. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Часть 1. Л., Химия, 1970.
54. Под ред. Рыбьева И.А. Общий курс строительных материалов. М.,
ВысшаяШкола, 1987.
55. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. М., Высшая школа,
1970.
56. Линкевич В.А. Технология кальцинированной соды. Ташкент, ГАК
«Узкимёсаноат», 2005.
По расчетам и проектированию
57. под ред. Позина М.Е. Расчеты по технологии неорганических веществ,
М., Химия. 1977.
58. под ред. Дыбиной П.В. Расчеты по технологии неорганических веществ,
М., Высшая школа. 1967.
59. под ред. Чернобыльского И Л . Машины и аппараты химических произ­
водств», М., Химия. 1961.
60. Викторов М.М. Графические расчёты в технологии неоргапических ве­
ществ, Л., Химия. 1972.
61. Белевнцкий А. М. Проектирование газоочпститсльных сооружений, Л.,
Химия. 1990.
62. Иоффе И Л , Проектирование процессов и аппаратов химической техноло­
гии, Л., Химия. 1991.
63. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности., Л., Химия, 1969.
343
64. Исламов М.Ш. Проектирование и эксплуатация промышленных печей, Л.,
Химия. 1986.
65. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии., М-Л. 1978.
66. Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химиче­
ской технологии, М.Химия. 1971.
67. Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок, М., Высшая
школа. 1982.
68. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии. М.-Л., Химия. 1987.
69. Самарянова Л.Б. Лайнер А.И. Технологические расчёты в производстве
глинозема, М., Металлургия. 1981.
70. Крашенинников С.А., Греф Т.С. Материальные, тепловые и технологиче­
ские расчеты в производстве кальцинированной соды, М., депонировано в
ВИНИТИ, №54825-84.
71. Эркаев А.У., Якубов РЯ ., Терехин Е.Л. Тузлар тизимининг график
таҳлили. Т., “Мухаррир нашриёти», 2012, 375 с.
72. Эркаев А.У.Дормешкин О.Б., Ноорганик моддалар кимёвий технологияси
битирув мапакавий ишини лойихалаштириш [Матн]: ўқув қўлланма. - Тошкен т: Tafakkur tomchilari, 2020, 227 м
344
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие..........................................................................................
3
Введение.........................................................................................
Масштабы производства и области применения......................................... %—
Современные способы получения соды
/f
Глава I. Принципиальная технологическая схема
производства соды аммиачпым способом
19
(j1
Глава П. Сырьё для производства соды
30
1. Поваренная соль
30 ? ef
2. С ильвинит
35
3.
Карбонатное сырьё
36
4. Вспомогательные материалы
37
Глава Ш . Обжиг карбопатпого сырья
39 S 3
1. Физико-химические основы обжига карбонатного сырья
39 3
2. Технологическая схема обжига известняка с использованием кокса 43 к
3. Печи обжига известняка
46 45
4 .Технологическая схема обж ига известняка на КСЗ .....................................53 5”
5. Нормы технологического режима обжига.....................................................59 5 $
Глава IV. Получение известкового молока .................................................62 С
1. Физико-химические основы гашения извести..............................................62 С
2. Технологическая схема отделения гашения извести на К С З................... 67 6
3.Нормы технологического режима гашения извести...................................... 70 С
Глава V. Очистка сырого рассола____________________
1. Физико-химические основы очистки рассола...............................................72
2. Технологическая схема отделения очистки рассола на К С З ..................... 78 Ц
3. Нормы технологического режима очистки рассола
84 ^
Глава VI. Аммонизация очищенного рассола
86^$
1 Физико-химические основы абсорбции аммиака
_
и диоксида углерода очищенным рассолом
86
2. А ппаратура абсорбции
90 ^ 5
3. Технологическая схема отделения абсорбции
аммиака на КСЗ
4. Нормы технологического режима аммонизации рассола
Глава VH. Карбонизация аммонизированного рассола
1. Физико-химические основы карбонизации аммо­
низированного рассола
2. Технологическая схема отделения карбонизации
аммонизированного рассола на КСЗ
3. Аппаратура карбонизации
4. Фильтрация суспензии бикарбоната натрия
5. Устройство барабанного вакуум-фильтра
6. Схемы узла фильтрации суспензии бикарбоната натрия
345
95 9 '1
98 ij£
100 й
®
МI ■1 ?
116 4
121 ЛТО
124 < 2- -Ь
^
128 , с
7. Технологическая схема узла фильтрации бикарбоната натрия на КСЗ 130
8. Нормы технологического режима отделения кар­
бонизации и фильтрации КСЗ
132 ^
Глава VIII. Калъцнпация бикарбоната патрия
1. Физико-химические основы кальцинации
2. Технологическая схема отделения кальцинации
с регурной содовой печыо
3. Паровые кальцинаторы
4.
Технологическая схема отделения кальцинации
сырого бикарбоната на КСЗ
5. Нормы технологического режима кальцинации
сырого бикарбоната
Глава IX. Производство тяжелой соды
1. Физико-химические основы получения тяжелой соды
2. Технологическая схема отделения получения тяжёлой соды на КСЗ
3. Механизированный склад соды
4. Нормы технологического режима отделения тяжёлой соды
Глава X. Регенерация аммиака из фильтровой жидкости
(дистилляция)
138 1 3 ^ 138
143
147 Щ
149^4*8
154
157 4 Ц
157
158
162 т
1« U7
165
1. Физико-химические основы дистилляции аммиака
1651Г-1
2. Аппаратура отделения дистилляции
172 1 ) 0
3. Технологическая схема типового отделения дистилляции
180 М
4. Дистилляция слабых жидкостей (малая дистилляция)
182
5. Технологическая схема отделения дистилляции КСЗ
184 \ТЧ
6.
Нормальный технологический режим отделения дистилляции 187
Глава XI. Копцсптрирование газа известково-обжига­
тельны х печей и компрессия
1. Концентрирование печного газа
2. Компрессия углекислотных газов
3. Воздушная компрессорная станция
Глава ХП. Склад жидкого аммиака
1. Классификация складов жидкого аммиака
2. Описание склада жидкого аммиака КСЗ
3. Нормы технологического режима
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ВСП ОМ ОГАТЕЛЬНЫ Е ПРОИЗВОДСТВА
Глава Х Ш . Водоподготовка для содового производства
1. Физико-химические основы водоподготовки
2. Станция подготовки питьевой и технической
воды
2.1. Предварительная очистка воды
2.2. Na-катионирование воды
2.3. Получение питьевой воды
3. Описание технологического процесса подготов­
ки питьевой и технической воды на КСЗ
346
189<уг
189
191140
192^1
195 (9 1(
195
196^Г
197196
199
199 O f
207
208 ЗЗЬ
209 i d i
21070"2
210 7П
3.1. Схема предочистки воды
210 ? ^
3.2. Очистка воды на Na-катионитовых фильтрах
218 2{J3.3. Подготовка питьевой воды
221 2 Х Л
3.4. Электролизная установка
2212 Z O
Глава XIV. Охрана окружающей среды
223 2 2 2 .
Глава XV. Техника безопасности и охрана труда
226 2.2.S1. Пожароопасные и токсические свойства сырья, полупродуктов, продук­
тов и отходов производства
226 Т.2.5Г
2. Основные правила безопасной эксплуатации производства
228 2.2
3. Основные виды опасностей в производстве кальцинированной соды 231 "2.
4. Подготовка производства к вводу в эксплуатацию
£2>Қ
Глава XVI. Путп совершенствования производства
кальцинированной соды
235 г з
Глава X V U . 3 K o n o M H K a производства калышпировап252
ной соды аммиачным способом
Г
Глава XVIII. Производство очилеппого гидрокарбопата
256
(бикарбоната) натрия (пищевой соды)
256
1. Свойства и применение гидрокарбоната натрия
2. Физико-химические основы производства
257
очищенного гидрокарбоната натрия
Технологические схемы производства очи­
263
щенного гидрокарбоната натрия
269
3. Аппаратура производства очищенного гидрокарбоната натрия
271
Глава XIX. Производство каустической соды
/
288
Приложение
7
/
290
Рассчеты
325
Литература
329
Содержание
347
0 ‘QUV ADABIYOTINING
NASHR RUXSATNOMASI
0 ‘zbekision Rcspublikasi Oliv va o 'rta maxsus
ta'lim vazirligining 20
yil “ 1
a v g u s t dagi
“
-sonli buying* iga asosan
ffl. JIJIcHxueeu4, Л-'У-Эркосе, А .'К .Фам&сргепов,___
I m a i l i r j/jm ;in j i•.
________ А СЕщенко, O.E.tPopMeuirjiH
_
___
S320400-‘Kjmyoviy texnobaiya (noorgandi motfdafar)
(U Urn »o> eiisX i ( л ш с и а и Ы ф Н
mng
talabalari (o'quvchilari) uchun tavsiya etilgan
ЛТеҳцология кальцинированной соды nomli tfarsCU^
(p p t \ й ^ и М
ф
п о » : v J t u n J j s r f L о 'p n p j U n o i e t
O 'zbekiston Respublikasi Vazirlar Mahkamasi tomonidaa
litsenziya bcrilgan nashriyotlania nashr eiishga nixsat
berildi.
JLToshbubv
R n 'y x a tg a o lish reqam i
356-147
Ш
348
Ш
Битами: 84x60 ‘Лв. «Times New Roman» гарнигураси.
Ракамли босма усулда босилди.
Шартли босматабоғи: 20,6. Адади 30. Буюртма № 15/21.
Гувохнома№ 10-3719
“Тошхент кимб технология инсппути” босмахонасида чоп этилгап.
Босмахона маюили: 100011, Тошкент ш., Навоий кўчаси. 32-уй.
349