В сортировочном барабане 7 для мелкого недопала, представляющем собой вращающееся перфорированное сито с отверстиями 2Ч10 мм, от известкового молока от-деляются частицы, имеющие размер более 2 мм. Извест-ковое молоко, проходя через сито, попадает в конусооб-разный приемник кожуха, в который заключен сортиро-вочный барабан, откуда идет для окончательной очистки от примесей в классификатор 14. Оседающий на дно классификатора шлам выгребается реечным механизмом, промывается горячей водой и поступает в мешалку шла-ма 13. Концентрированное молоко, освобожденное от шлама, подается в мешалку известкового молока 15 л далее по своему назначению -- в отделение дистилляции.

Оставшиеся в сортировочном барабане твердые части-цы размером более 2 мм при вращении барабана посте-пенно перемещаются вдоль него и выгружаются в шнек 8, при помощи которого подаются в шаровую мельницу мокрого помола 9. В мельнице одновременно с размолом происходит гашение извести, вскрываемой при размоле кусочков перекала. Получающееся в мельнице слабое известковое молоко вместе с примесями перетекает в ме-шалку 10, куда отводится также слабое известковое молоко, образующееся при промывке недопала. Для очи-стки от шлама слабое известковое молоко из мешалки 10 откачивают центробежным насосом в виброгрохот 11. Шлам из виброгрохота поступает в мешалку отбросного шлама 13, а очищенное слабое известковое молоко по-падает в мешалку очищенного слабого молока 12, откуда насос подает его в гаситель.

Шлам из классификатора 14 и виброгрохота 11 раз-бавляется в мешалке 13 отбросной жидкостью дистилле-ра и центробежным насосом откачивается в накопитель отбросной жидкости -- так называемое «белое море».

Нормы технологического режима отделения известкового молока, их регулирование и контроль

Наиболее важные рег-ламентируемые показате-ли, характеризующие ка-чество известкового моло-ка и обеспечивающие нор-мальную работу отделе-ния дистилляции, это кон-центрация Са(ОН)₂ или свободного СаО и температура молока. На содовых за-водах концентрацию свободного СаО в известковом мо-локе называют титром молока, так как ее определяют обычным титрованием молока соляной кислотой.

Для производства необходимо, чтобы содержание Са(ОН)₂ в известковом молоке было возможно выше, так как при этом уменьшается объем дистиллерной жид-кости, а следовательно, повышается производительность отделения дистилляции и уменьшаются расход пара и потери извести и аммиака с отбросной жидкостью ди-стиллера. Однако чрезмерно высокая концентрация Са(ОН)₂, повышая вязкость суспензии, создает затруд-нения в работе гасителя и очистке молока от примесей. Практика показала, что допустимая концентрация Са(ОН)₂ в молоке (титр) может быть в пределах 200--250 н. д. Кроме того, колебания титра молока должны быть минимальными, так как они усложняют регулиро-вание дозировки молока в отделении дистилляции и по-вышают потери извести и аммиака с отбросной жид-костью дистиллера. В отбросной жидкости допускаются колебания свободного СаО 1--2 н. д., т.е. в пределах одного нормального деления. В аппаратах отделения ди-стилляции известковое молоко разбавляется примерно в 4 раза. Отсюда следует, что колебания титра молока не должны превышать 4 н. д.

Титр молока регулируют путем изменения количества воды, подаваемой на гашение. Колебания титра вырав-нивают в сравнительно больших емкостях -- мешалках известкового молока. Количество извести, подаваемой в гаситель, определяется расходом известкового молока потребляющими цехами (кальцинированная сода, каус-тик, водоочистка и пр.).

О концентрации Са(ОН)₂ в известковом молоке в первом приближении можно судить по его плотности, из-мерить которую легко может аппаратчик непосредствен-но в цехе. Для более точного определения каждые 30 мин. производят анализ на содержание свободного СаО в це-ховой лаборатории.

Возможность получения известкового молока с высо-ким титром свободного СаО ограничена вязкостью полу-чаемого молока, которая зависит не только от концентра-ции, но и от температуры. С повышением температуры вязкость молока уменьшается, улучшаются условия для его очистки от примесей, а также облегчаются его транс-портирование и дозировка. Поэтому для получения моло-ка с высоким титром необходимо проводить гашение извести при повышенной температуре. Нормы технологи-ческого режима предусматривают конечную температуру молока 85--95° С. Эта температура в значительной мере зависит от температуры, поступающей на гашение воды, подогреваемой за счет тепла конденсации водяных паров, выходящих из гасителя. Для подогревания можно ис-пользовать отработавшую воду из холодильника газа содовых печей или из холодильника газа дистилляции.

В нормах технологического режима предусмотрено содержание СО₃^2- в известковом молоке в количестве 7--12 н. д. Эта величина характеризует содержание в мо-локе CaCO₃, бесполезной неактивной извести, которая практически не вступает во взаимодействие с NH₄C1, т. е. степень очистки молока от примесей. Очищать известковое молоко надо до экономически разумных преде-лов, так как с повышением степени очистки процесс усложняется. Норма содержания СО₃^2- в известковом молоке и указывает этот разумный предел.

Абсорбция

Назначение абсорбера состоит в том, чтобы произвести окончательное насыщение рассола из промывателя колонн аммиаком.

Рассол поваренной соли, содержащий 310 г/л хлорида натрия, предварительно очищенный от примесей других солей, поступает в абсорбер, в который подают аммиак из колонны дистилляции, где протекает регенерация аммиака и маточной жидкости после вакуум - фильтров. Также в абсорбер поступает газ, содержащий аммиак и углекислоту из печи кальцинации бикарбоната.

При плохой очистке рассола от солей кальция и магния в процессе аммонизации могут происходить побочные нежелательные реакции: аммиак и углекислота будут взаимодействовать с солями кальция и магния, образуя осадки углекислого кальция и гидроокиси магния, которые могут отлагаться на стенках аппаратов и трубопроводов. При систематическом нарушении режима очистки рассола отложения CaCO₃ и Mg(OH)₂ на стенках аппаратов и трубопроводов могут нарушить нормальную работу отделения абсорбции.

Весь процесс абсорбции зависит, главным образом, от двух факторов:

1) от количества газов, приходящих в абсорбер из колонны дистилляции и печи кальцинации бикарбоната;

2) от количества рассола, поступающего на дистилляцию, то регулирование процесса абсорбции заключается в регулировании поступления рассола в таком количестве, чтобы насыщенная аммиаком жидкость имела необходимую концентрацию.

Технологическая схема отделения абсорбции

Технологическая схема отделения абсорбции должна обеспечить высокую степень очистки выхлопных газов от аммиака, для чего необходимо промывать эти газы свежим рассолом, содержащим минимальное количество аммиака.

Абсорбция диоксида углерода идет значительно медленнее, чем аммиака, поэтому аппаратура должна быть рассчитана так, чтобы обеспечивать поглощение заданного количества аммиака и максимально возможного количества диоксида углерода.

Свежий рассол, прежде всего, используют для поглощения аммиака из выхлопных газов. Около 75-80% рассола поступает из напорного бака 3 в промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ) 4, где поглощается аммиак из воздуха, проходящего через фильтрующую ткань вакуум-фильтров и содержащего примерно 0,5-1% NH₃. После ПВФЛ рассол идет во второй промыватель газа колонн (ПГКЛ-2) 7, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения карбонизации, содержащих до 10% NH₃. Остальные 20-25% свежего очищенного рассола из напорного бака 3 поступают в промыватель газа абсорбции (ПГАБ) 1, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения абсорбции, содержащих до 5% NH₃. Попутно поглощается некоторое количество углекислоты, содержащейся в выхлопных газах. Газ из ПВФЛ поступает на вакуум-насос 5, создающий разрежение на вакуум-фильтрах, и выбрасывается в атмосфер. Газ из ПГАБ также поступает на вакуум-насос 2. Он содержит не менее 75% СО₂, поэтому вакуум-насос передает его на смешение с углекислым газом содовых печей и затем на-карбонизацию. Выхлопные газы из ПГКЛ-2выбрасывают в атмосферу.

Рис.8. Типовая технологическая схема отделения абсорбции:

1-промыватель газа абсорбции;

2,5-вакуум-насосы;

3-напорный бак;

4-промыватель воздуха фильтров;

6-холодильник газа дистилляции;

7-второй промыватель газа колонн; 8-сепаратор-брызгоуловитель;

9 - сборник амминизированного рассола; 1

0, 12-оросительные холодильники;

11-постамент (резервуар); 13-второй абсорбер;

14-первый абсорбер

Рассол после промывки выхлопных газов из ПГКЛ-2 и ПГАБ поступает на основную операцию -- поглощение аммиака из газа дистилляции, осуществ-ляемое в две сту-пени -- в первом абсорбере (АБ-1) 14 и во втором абсорбере (АБ-2) 13. Две ступени абсорбции вызываются не-обходимостью в промежуточном охлаждении рассола, нагревающегося от растворения и взаимодействия NH₃ и СО₂ и от конденсации водяного пара, поступающего с газом дистилляции, После первого абсорбера рассол, нагретый до температуры 60-- 65° С, охлаждают до 28-32° С в оросительном холодильнике 12, после чего он по-ступает во второй абсорбер, где также нагревается при-мерно до 65° С и поэтому прежде, чем поступить в сбор-ник аммонизированного рассола (САР) 9, вторично охлаждается в оросительном холодильнике 10. Чтобы обеспечить самотек рассола на оросительный холодиль-ник, второй абсорбер и стоящие на нем аппараты распо-ложены на постаменте -- резервуаре 11.

Газ из отделения дистилляции сначала охлаждается и осушается в холодильнике газа дистилляции (ХГДС) 6 охлаждающей водой и затем, пройдя сепаратор - брызгоуловитель 8, противотоком к рассолу проходит последо-вательно второй и первый абсорберы, где аммиак погло-щается почти целиком. Вместе с аммиаком из газа поглощается большая часть углекислоты. Непоглотившиеся газы идут в ПГАБ (1). При охлаждении газа дис-тилляции в ХГДС водяные пары конденсируются, обра-зуя конденсат, содержащий до 150--200 н. д. аммиака и углекислоту. Аммиак из таких жидкостей, называемых «слабыми», регенерируют на отдельной установке. Полу-чаемый при этом газ, содержащий NН₃, CO₂ и Н₂О и охлажденный до 58--60° С, поступает обычно в первый абсорбер.

Карбонизация аммонизированного рассола

Процесс карбонизации (насыщения аммонизированного рас-сола диоксидом углерода), в результате которого образуется гидрокарбонат натрия, является основным процессом содового производства. В отделении карбонизации получают заданное количество содержащей гидрокарбонат натрия суспензии в виде непрерывного материального потока, передаваемого в отделение.

Качество суспензии определяется качеством содержащегося в ней продукта-- гидрокарбоната натрия. Очень часто о каче-стве гидрокарбоната натрия судят по его фракционному составу. Определяющей оценкой качества суспензии является содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, полученном фильтрацией этой суспензии в стандартных условиях. Оценку работы карбонизационной колонны можно дать, используя безразмерный технический критерий оптимальности:

И = х_с х_с^связ(4.2-0.lщ_с)

х_с -расход суспензии, выходящей из карбонизационной колонны, м³/с;

х_с^связ - концентрация связанного аммиака в осветленной части суспензии, н.д.;

щ_с - содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, %.

Чем выше производительность по гидрокарбонатy натрия и меньше остаточная влага в продукте, тем лучше работает карбонизационная колонна, т. е. необходимо стремиться к увеличению абсолютного значения критерия оп-тимальности.

В результате процесса карбонизации из раствора в осадок выпадает гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции

NaCl + NH₃ + СО₂ + Н₂О - NaHCO₃ + NH₄C1.

Эта реакция характеризует только конечный результат вза-имодействия хлорида натрия и гидрокарбоната аммония. В дей-ствительности процесс карбонизации протекает гораздо слож-нее, и его механизм до настоящего времени окончательно не выяснен.

Процесс карбонизации ведут ступенчато. Вначале аммонизи-рованный рассол обрабатывают газом известковых печей в колонне предварительной карбонизации (КЛИК), затем в пер-вом промывателе газа колонн (ПГКЛ-1)-- газами, отходящими из осадительных колонн, и, наконец, -- в осадительных колоннах (КЛ),в нижнюю часть которых вводят смешанный газ (65--75 % СО₂), а в среднюю часть --газ известково-обжигательных пе-чей.

На первой стадии карбонизации большая часть диоксида углерода связывается в карбамат аммония

2NH₃ + СО₃ > NH₂COONH₄,

который затем гидролизуется

NH₂COONH₄ + Н₂О - NH₄HCO₃+NH₃,

с образованием пересыщенного по НСОз^- раствора. Затем из пересыщенного раствора кристал-лизуется гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции

NH₄HCO₃+ NaCl - NaHCO₃ + NH₄Cl.

Процесс насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода является экзотермическим. Выделяющееся тепло реакции в конечной стадии процесса необходимо отвести, чтобы обеспечить необходимые степени карбонизации раствора и утилизации (использования) натрия.

Температурный режим карбонизаци-онной колонны значительно влияет на процесс образования кри-сталлов гидрокарбоната натрия. Для получения крупных кри-сталлов гидрокарбоната натрия правильной формы, которые не забивают фильтрующую поверхность вакуум-фильтров и мало-растворимы в процессе фильтрации, необходимо поддерживать сравнительно высокую температуру (60--72 °С) в зоне образова-ния и в начальный период роста кристаллов. В процессе даль-нейшего роста кристаллов температура уже не оказывает суще-ственного влияния на их размер.

Процесс кристаллизации начинается с образования зароды-шей в виде очень мелких кристалликов гидрокарбоната натрия, из которых при поддержании нормального технологического ре-жима образуются кристаллы в форме коротких цилиндров -- «бочки». При ухудшении процесса кристаллизации образуются кристаллы, имеющие форму длинных цилиндров и склонные к образованию сростков в виде «снопов» (друзы). В этом слу-чае выделяется большое количество мелочи в виде игольчатых кристаллов и бесформенных обломков. Такие кристаллы при фильтрации уплотняются и удерживают в образовавшихся мелких ячейках много влаги, т. е. увеличивается содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия.

Технологическая схема отделения карбонизации

Аммонизированный рассол из сборника аммонизированного рассола (САР) поступает в колонну предварительной карбони-зации (КЛПК), в которую подается также газ известковых пе-чей, содержащий 32--36 % (об.) СО₂ при обжиге мела и 38--40% (об.) СО₂ при обжиге известняка. Из КЛПК жидкость при температуре 42-46°С направляется в первый промыватель газа колонн (ПГКЛ-1). Сюда же поступает газ из КЛПК и осадительных колонн. В ПГКЛ-1улавливается аммиак, отдутый карбонизующим газом из КЛПК.

За время прохождения жидкости через ПГКЛ-1 ее темпера-тура повышается на 5--8°С. Для дополнительного охлаждения жидкости после ПГКЛ-1 предусматривается теплообменник, откуда жидкость поступает в осадительную карбонизационную колонну. В нижнюю часть колонны подается смешанный газ (первый ввод), содержащий диоксид углерода 70-80% (об.), а в среднюю часть -- газ известковых печей (второй ввод). Газ из осадителной карбонизационной колонны направляется в ПГКЛ-1, а суспензия--в отделение фильтрации.

Карбонизационные колонны работают сериями, чтобы обес-печить непрерывность потока суспензии, направляемого в от-деление фильтрации. Наибольшее распространение получили се-рии, состоящие из четырех карбонизационных колонн, из кото-рых три работают в качестве осадительных, а одна -- колонна предварительной карбонизации.

Аппаратура отделения карбонизации

Карбонизационная колонна КЛ. Она яв-ляется основным аппа-ратом отделения карбо-низации. КЛ представ-ляет собой цилиндрическую пусто-телую колонну диамет-ром до 3 и высотой до 27 м, состоящую из ря-да чугунных бочек или царг. Сверху через штуцер 5 и колонну по-ступает из ПГКЛ-1 подлежащий карбони-зации раствор, а снизу через штуцер 2 и в се-редине через штуцер 9-- углекислый газ. При работе колонна за-полнена раствором до определенного постоян-ного уровня.

Рис.9. Карбонизационная колонна (диаметром 2680 мм):

1-бочка-база; 2-штуцер для входа газа;3-холодильная бочка;4-абсорбционная бочка;5-штуцеры для входа жидкости;6-сепарационные бочкм;7-штуцеры для выхода газа;8-барботажная колонна;9-штуцер для входа газа;10-штуцер для выхода суспензии.

Осуществлению принципа противотока может препят-ствовать продольное перемешивание жидкости газом по высоте колонны. Чтобы это перемешивание свести к минимуму, между отдельными бочками 4 колонны устанавливают пассеты, или барботажные тарел-ки 8.Тарелка состоит из днища 2 и перекрыва-ющего его колпака 1.

Барботажные тарелки пре-пятствуют продольному перемешиванию жидкости в ко-лоне и обеспечивают равномерное распределение газа по сечению колонны и способствуют увеличению по-верхности контакта между газом и жидкостью.

В верхней части колонны установлены две пустые сепарационные бочки 6, предназначенные для отделения увлекаемых газом брызг жидкости и имеющие водомерные стекла для наблюдения за уровнем жидкости в колонне. Сверху колонна закрыта крышкой, на которой находится штуцер 7 для выхода газа и для установки предохранительного клапана.

В основе карбонизационной колонны установлена бочка-база 1 со сферическим днищем и штуцерами 10 и 2, через которые выводится суспензия бикарбоната натрия и подается компрессором смешанный газ (1-го ввода).

Бочки и барботажные тарелки колонны изготавливают из чугуна. Тонкостенные трубки в холодильных бочках толщиной 6мм делают из углеродистой стали или из специального чугуна, содержащего 0,5% Ni,0,4% Mn,3,3% C и 0,4% Cr.

Фильтрация суспензии бикарбоната натрия

В отделении фильтрации осуществляют процесс раз-деления выходящей из карбонизационных колонн бикарбонатной суспензии на твердую и жидкую фазы. Твердая фаза-бикарбонат натрия -- должен быть не только от-делен от маточной жидкости, но и тщательно промыт. При промывке маточная жидкость, задержавшаяся меж-ду кристаллами бикарбоната, вытесняется водой, что снижает содержание хлоридов и углеаммонийных солей в отфильтрованном осадке. Для уменьшения влажности отфильтрованный бикарбонат дополнительно отжинают на фильтре.

Суспензии разделяют на твердую и жидкую фазы при помощи пористых перегородок, которыми служат шер-стяная, хлопчатобумажная и стеклянная ткань, слой пес-ка, гравия или кокса, пористая керамика и пр. Фильтрую-щей перегородкой является не только сама перегородка, но и находящийся на ней слой осадка. Поэтому по мере увеличения слоя осадка сопротивление прохождению жидкости возрастает пропорционально увеличению тол-щины слоя, пли, иначе говоря, пропорционально объему профильтрованной суспензии.

В содовой промышленности наиболее распространен способ фильтрации под разрежением. В этом случае дав-ление над фильтрующей перегородкой равно атмосферно-му. При сохранении постоянства давлений над фильтрую-щей перегородкой и под ней скорость фильтрации, т. е. объем жидкости, проходящий через фильтрующую по-верхность в единицу времени, непрерывно уменьшается, так как в процессе фильтрации толщина осадка на филь-трующей перегородке все время возрастает, следователь-но, увеличивается ее сопротивление.

Полученные при фильтрации осадки делятся по своим свойствам на сжимаемые, у которых рыхлая структура частиц под влиянием давления деформируется с умень-шением размера пор и объема осадка, и несжимаемые, у которых размер пор между частицами, объем и порис-тость осадка в процессе фильтрации практически не из-меняются. К первой группе осадков относятся аморфные и коллоидные, ко второй -- осадки, имеющие кристалли-ческую структуру. Осадки бикарбоната натрия относятся ко второй группе.

На содовых заводах для разделения суспензии бикар-боната натрия применяют вращающиеся барабанные ва-куум-фильтры, работающие под разрежением. Нормаль-ная работа вакуум-фильтров в значительной степени за-висит от размеров кристаллов бикарбоната натрия, поступающих на фильтрацию.

Технологическая схема отделения фильтрации

Суспензия бикарбоната натрия из мерников карбонизационных колонн поступает в коллектор 2, распределяющий ее по отдельным фильтрам. Из коллектора 2 суспензия самотеком подается в корыто 9 вакуум-фильтра, имеющее мешалку 1. Фильтрующий барабан 7 примерно на 1/3 погружен в суспензию NaHCO₃, находящуюся в корыте 9. Для нормальной работы фильтра важно, чтобы высота погружения фильтрующего барабана в суспензию оставалась неизменной. Избыток суспензии из корыта 9 непрерывно через перелив перетекает в сборник 16 с мешалкой. Из сборника 16 насос 15 возвращает суспензию в коллектор2. Качающаяся мешалка 1 не позволяет частицам NaHCO₃ оседать на дно корыта 9. Через фильтрующую ткань под влиянием вакуума внутрь барабана проходят жидкость, промывная вода и воздух.

Рис.10. Типовая технологическая схема отделения фильтрации:

1-мешалка; - распределитеьный коллектор; 3-корыто для распределения промывной воды;4-напорный бачок для промывной воды;5-трубопровод сжатого воздуха;6-отжимной валик;7-фильтрующий барабан;8-срезающий нож;9-корыто вакуум-фильтра;10-транспортер сырого бикарбоната;11- сепаратор;12-барометрическая труба;13-сборник фильтровой жидкости;14,15-насосы;16-сборник с мешалкой для суспензии.

Воздух, отфильтрованная жидкость и промывная вода из внутренней части барабана 7 идут в сепаратор 11, где воздух отделяется от жидкой фазы и идет на ПВФЛ.

Фильтрат из сепаратора 11 по барометрической трубе 12 идет в сборник фильтровой жидкости 13, откуда насосом 14 откачивается на дистилляцию.

При вращении барабана приставший к фильтрующей поверхности слой бикарбоната натрия попадает под от-жимной валик 6 для ликвидации образующихся на по-верхности осадка трещин, через которые могут попадать внутрь барабана воздух и промывная вода. После от-жимного валика осадок промывается слабой жидкостью или водой, поступающей из напорного бачка 4 для про-мывной воды в корыто 3, распределяющее воду ровной струей по ширине барабана. Количество подаваемой на промывку воды регулируют при помощи крана, установ-ленного между напорным бачком 4 и корытом 3. Про-мывная вода смешивается с фильтровой жидкостью внут-ри барабана и вместе с ней идет в сепаратор 11.

Промытый бикарбонат натрия вновь уплотняется вто-рым по направлению вращения барабана отжимным ва-ликом 6, подсушивается просасываемым через слой осад-ка воздухом, подаваемым по трубопроводу 5, и срезается с фильтрующей ткани ножом 8 на транспортер 10, кото-рый подает сырой бикарбонат натрия в содовую печь.

Кальцинация гидрокарбоната натрия

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

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

Процесс кальцинации можно показать уравнением:

2 NaHCO₃(тв.)=Na₂CO₃(тв.)+СО₂(газ)+Н₂О(пар).

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

(NH₄)₂CO₃-2NH₃(газ)+СО₂(газ)+Н₂О(пар),

NH₄ HCO₃-2NH₃(газ)+СО₂(газ)+Н₂О(пар).

Хлористый аммоний взаимодействует при нагревании с бикарбонатом натрия по реакции

NH₄Cl(раств.)+ NaHCO₃ (тв)-NaCl(тв)+ NH₃(газ)+СО₂(газ)+Н₂О.

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

2NaCO₂NH₂+ Н₂О- Na₂CO₃(тв.)+СО₂(газ)+2NH₃(газ).

Таким образом, в результате кальцинации в твердой фазе остаются Na₂CO₃ и NaCl, а в газовую фазу переходят NH₃, СО₂ и Н₂О.

Наличие влаги в гидрокарбонате усложняет аппаратурное оформление, так как влажный гидрокарбонат натрия малосыпуч, комкуется и налипает на стенки аппаратов. Последнее объясняется тем, что влага, представляющая собой насыщенный раствор NaHCO₃, при контакте с горячей поверхностью интенсивно испаряется. Выделяющаяся твердая фаза, кристаллизуясь, образует плотно прилипающую к поверхности корку.

Твердый слой соды, обладающей низкой теплопроводностью, ухудшает теплопередачу, а в содовых печах, обогреваемых снаружи топочными газами, - приводит к перегреву и прогоранию стенки печи. Для борьбы с этим явлением влажный гидрокарбонат натрия смешивают с горячей содой (ретуром). При этом образуется новая твердая фаза - трона (NaHCO₃· Na₂CO₃·2 Н₂О). Свободная влага связывается в кристаллизационную, и продукт становится сыпучим.

При кальцинации бикарбоната натрия и троны в газовую фазу выделяются СО₂, NH₃ и водяные пары. Аммиак и углекислый газ должны бать возвращены в производство. Углекислый газ используют в процессе карбонизации аммонизированного рассола, для чего полезно иметь газ с высоким содержанием СО₂.

Процесс кристаллизации можно разделить на три периода по времени. Первый период характерен быстрым подъемом температуры. Разложения бикарбоната н наблюдается, и все тепло расходуется на подогрев материала, удаление кристаллизационной воды из троны и разложение углеаммонийных солей. Второй период характеризуется постоянством температуры материала (t~125°С). Подводимое тепло расходуется на термическое разложение NaHCO₃. третьем периоде температура реакционной массы начинает резко возрастать. Это говорит о том, что процесс разложения бикарбоната закончился и подводимое тепло расходуется на нагрев полученной соды. На практике для ускорения процесса разложения NaHCO₃ температуру соды на выходе из печи держат в пределах 140 - 160°С.

Технологическая схема процесса кальцинации

Рис. 11. Схема отделения кальцинации:

1- паровой конденсатор; 2- питающий смеситель; 3.15 - ячейковые питатели; 4,10 - ленточные транспортеры; 5 - вибропитатель;6-течка-бункер; 7-плужковый сбрасыватель; 8,9,14,16-транспортеры; 11-циклон; 12-коллектор газа кальцинации; 13-сепаратор;17-сборник конденсата; 18-центробежные насосы; 19-сборник слабой жидкости; 20-холодильник газа кальцинации;21-редукционная охладительная установка (РОУ); 22-промыватель газа кальцинации;23-сборник промывной жидкости.

Отмытый па фильтрах влажный гидрокарбонат натрия с общего ленточного транспортера 10 с плужковым сбрасывателем 7 подается в бункер 6 вибропитателя 5, откуда вибропитателем и ленточным транспортером 4 через ячейковый питатель 3 подается в смеситель 2. В смеситель же поступает ретурная сода и сода, отделяемая от газов кальцинации в циклоне 11.

Подготовленную в смесителе трону направляют в межтрубное пространство барабана кальцинатора 1. В результате тепловой обработки троны получают кальцинированную соду и газы кальцинации. Кальцинированная сода через ячейковый питатель 15 выводится из кальцинатора и поступает па систему транспорте-ров 8, 9, 16. С наклонного транспортера 8 через питатель произ-водится отбор соды в смеситель. Остальная сода транспорте-рами 9, 14 подается на склад.

Газы кальцинации удаляются из кальцинатора через сме-ситель 2, в котором с помощью компрессора создается вакуум. По пути к компрессору газы проходят сухую очистку в циклонах 11 и мокрую -- в цеховом коллекторе газа кальцинации 12 и промывателе 22. Перед промывателем газы кальцинации охлажда-ются в холодильнике 20.

На орошение в коллектор газа кальцинации подают так назы-ваемую слабую жидкость, образующуюся при конденсации водя-ных паров в холодильнике газов кальцинации. Эта жидкость, соприкасаясь с газом, поглощает частично аммиак и содовую пыль, стекая после этого в сборник 19.

В холодильнике 20 газ проходит сверху вниз по межтрубному пространству, а в трубках противотоком движется охлаждающая вода. Для предупреждения закристаллизовывання трубок холо-дильника и лучшей промывки газа от содовой пыли межтрубное пространство орошается слабой жидкостью. В промывателе газ орошается водой, при этом он дополнительно охлаждается и пол-ностью отмывается от соды и аммиака.

Для обогрева кальцинатора подают водяной пар высокого давления. Перед подачей в кальцинатор он проходит редукцион-ную охладительную установку (РОУ), где его температура сни-жается до 270°С, а давление -- до 3 МПа. В трубках кальци-натора пар конденсируется, отдавая тепло кальцинируемому материалу. Конденсат из кальцинатора выводится в сборник конденсата 17 и далее в расширители, где преобразуется в пар низкого давления.

Технологическая схема отделения кальцинации соды при использовании содовых печей с ретурным питанием аналогична рассмотренной. При использовании печей с безретурным питанием влажный гидрокарбонат натрия подается в барабан печи специальным забрасывателем. Смешение его с содой происходит внутри печи, поэтому из технологической схемы исключается смеситель, и упрощается транспортирование соды.

Содержание Na₂CO₃ и примесей в соде зависит от состава исходного гидрокарбоната натрия и температуры процесса; пос-ледняя определяется обычно температурой выгружаемой соды.

Температурный режим в печах обусловлен как условиями проведения процесса, так и продолжительностью термообработки материала в этих аппаратах. При коэффициенте заполнения барабана 0,3 пребывание материала в содовой ретурной печи составляет около часа, в паровом кальцинаторе -- 20--25 мин. Повышение температуры кальцинации в безретурных печах обусловлено, очевидно, комкообразованием при смешении влажного гидрокарбоната натрия с содой. В этих условиях повышение температуры необходимо для завершения процесса кальцинации во всей массе крупных гранул.

Переработка вторичных материальных ресурсов производства соды аммиачным способом

Из технологического цикла производства кальцинированной соды аммиачным способом выводятся дистиллерная суспензия, которую можно разделить на осветленную жидкость и твердый шлам; твердые шламы после стадии рассолоочистки; газообраз-ные вещества.

Если газовые выбросы содержат вещества в пределах пре-дельно допустимых норм, их выводят в атмосферу. Однако ос-ветленную дистиллерную жидкость и твердые шламы необхо-димо перерабатывать в продукты, полезные для хозяйственной деятельности человека. В связи с этим осветленную дистиллер-ную жидкость и шламы следует рассматривать не как отходы содового производства, а как вторичные материальные ресурсы (BMP).

В литературе широкое распространение получили термины «безотходная» и «малоотходная» технология получения того или иного продукта.

При создании малоотходной, или экологически рациональной, технологии стремятся обеспечить потребность в данном продукте наиболее полным использованием природных ресурсов (материальных и энергетических), т. е. предусматривается организация переработки вторичных материальных ресурсов и исключение вредных выбросов в атмосферу и водоемы, а также максимальное сокращение потерь тепла в окружающую среду.

К настоящему времени определились следующие основные направления в создании экологически рациональных технологических процессов:

разработка технологических систем и водооборотных циклов с выводом жидких отходов и выбросом вредных газов, допускаемых пределах для данного региона;

переработка вторичных материальных ресурсов (BMP) в полезные продукты;

снижение потерь тепла в окружающую среду за счет утилизации вторичных энергоресурсов (ВЭР);

создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов

Малоотходный комплекс производства кальцинированной соды имеет две системы водооборота, потребляющие около 18,0 м³ свежей воды на производство 1 т соды, около 2 м³ воды на стадию фильтрации шлама из дистиллерной суспензии, а кроме того, примерно 18 м³ расходуется на другие технологи-ческие нужды (всего 38 м³ на 1 т соды).

Потребление свежей воды может быть сокращено за счет следующего:

а) применения шламов дистилляции с концентрацией хлорид - ионов 8% (т. е. без промывки на стадии фильтрации) для по-лучения полезных продуктов. В этом случае на гашение извести будут направлены слабоминерализованные стоки, а не промыв-ные воды фильтрации шлама (потребление воды сокращается на 2,0 м³/т соды):

б) ликвидации стока, выводимого из водооборотной системы производства соды па рассолопромысел для растворения соли, и выведение стока из водооборотной системы хлорида кальция для специальной очистки. В этом случае потребление воды сок-ращается примерно па 9,0 м³/т соды;

в) очистки от взвешенных веществ, оксида и диоксида угле-рода слабоминерализованного стока после известкового цеха; сток может далее направляться на повторное использование; вэтом случае потребление воды сокращается примерно на 8,5 м³/т соды;

г) использования условно чистого конденсата в водооборот-ной системе хлорида кальция с экономией воды около 6 м³/т соды.

После завершения выполняемых сейчас исследовательских работ можно ожидать снижения потребления свежей воды при-мерно до 10 м^э на 1 т соды с созданием предпосылок реализа-ции бессточной схемы производства. Последнее предполагает использование для подпитки оборотной системы водоснабжения поверхностных сточных вод (ливневые и талые воды), объем которых зависит от расположения предприятия, климатических условий и занимаемой площади; в среднем этот объем со-ставляет 0,3--0,6 м³/т соды.

Производство хлорида кальция

При создании малоотходного комплекса производства соды предусматривается внедрение высокоэффективной технологии переработки осветленной дистеллерной жидкости, которая мо-жет либо перерабатываться с получением хлорида кальция, либо после соответствующей подготовки закачиваться в нефтя-ные скважины.

Дистиллерная жидкость представляет собой водный раствор минеральных солей, основными компонентами которого являются хлорид кальция (10--14 %) и хлорид натрия {5--7%). Описываемый ниже способ получения хлорида каль-ция с одновременным выделением хлорида натрия основан на концентрировании водного раствора этих солей.

Применение получаемого хлорида кальция в народном хозяйстве основано на его высокой гигроскопичности, т. е. способ-ности поглощать из воздуха значительные количества влаги и легко растворяться в воде; пониженной по сравнению с водой температуре замерзания и повышенной температуре кипения концентрированных растворов.

Основными потребителями хлорида кальция являются хими-ческая промышленность (производство синтетического каучука, флотационные процессы и др.), холодильная техника, строи-тельство (увеличивает скорость схватывания бетона), цветная металлургия (изготовление кальцийсодержащих сплавов бабби-тов), обработка руд для предотвращения смерзания, текстильная промышленность и другие отрасли народного хозяйства.

Основным потребителем попутно получаемого хлорида нат-рия является сельское хозяйство (приготовление комбикормов и кормосмесей), иногда NaCl возвращают в голову процесса для получения соды.

Закачка дистеллерной жидкости в нефтяные скважины

Второй вариант утилизации дистиллерной жидкости -- ис-пользование ее после специальной подготовки для закачки в нефтяные скважины. Если производство соды расположено в районе добычи нефти, то этот вариант обладает следующими преимуществами:

исключается потребность нефтепромыслов в свежей воде;

увеличивается нефтеотдача за счет использования жидкости с большей плотностью;

отпадает необходимость затраты большого количества тепла для испарения воды в производстве хлорида кальция при выде-лении солей, содержащихся в дистиллерной жидкости;

возможность использования для подготовки жидкости нако-пители -- «белые моря», -- традиционно располагающиеся воз-ле каждого завода, производящего соду аммиачным способом.

Способ подготовки дистиллерной жидкости, используемой для закачки, включает следующие стадии:

отстой дистиллерной суспензии в накопителе «белое море»;

разбавление осветленной дистиллерной жидкости водой с целью снятия пересыщения по гипсу;

карбонизация разбавленной дистиллерной жидкости газом известковых печей в присутствии ретурного шлама;

отстаивание и транспортирование прокарбонизованной дис-тиллерной жидкости.Очистка газа от вредных выбросов атмосферу

Выше, при описании технологической схемы получения из-вести, были описаны системы, позволяющие сократить выбросы пыли до предельно допустимых норм. Однако до настоящего времени серь-езной проблемой было сокращение (исключение) выбросов в атмосферу токсичных газов: оксида углерода и диоксида серы, которые образуются в количестве 27 кг СО и 5,6 кг SO₂ на 1 т соды. Для этой цели разработан аппарат регенеративного типа для дожигания токсичных газов, состоящий из двух реакцион-ных камер, сообщающихся между собой через камеру сгорания. В камере сгорания происходит интенсивная турбулизация потока технологического газа, содержащего токсичные горючие компоненты и незначительное количество (1--2%) кислорода. Интенсивная турбулизация обеспечивает предварительное дожи-гание примесей (в частности, смолистых соединений) на разви-той нагретой поверхности перед подачей газовой смеси на ката-лизатор. В качестве катализатора применяют боксит, на поверх-ности которого происходит беспламенное сжигание оксида угле-рода, сероводорода и других токсичных горючих примесей при температуре 750--800°С. Процесс проводят в нестационарном режиме при периодических изменениях направления подачи в ре-акционные камеры обезвреживаемого газа с низкой температурой. Наилучшим является режим, при котором не расходуется природный газ, а необходимые температуры в зонах поддержи-вают за счет тепла, выделяющегося при дожигании газов.

Аппарат испытан в процессе обезвреживания оксида угле-рода в отходящие газах известково-обжигательных печей. При содержании в технологическом газе 1,5--2,3% СО аппарат ра-ботает в автотермическом режиме. Отходящие газы представляют собой вторичные энергетиче-ские ресурсы.

Схема производства соды аммиачным способом

1-напорный бак; 2-абсорбер; 3-карбонизационная (осадительная) колонна; 4-холодильник; 5-фильтр; 6-колонна дистилляции (дистиллятор); 7-содовая печь (сушилка); 8-компрессор; 9-промыватель газа известковообжиговых печей; 10-известковообжиговя печь; 11-аппарат для гашения извести.

Список литературы

1. Зайцев И.Д., Гаткач Г.А., Стоев Н.Д. «Производство соды». - М.: «Химия»,1986г.

2. Сасс - Тисовский Б.А.«Производство соды». - Л.: «Ленхимсектор», 1932г.

3. Шокин И.Н., Крашенников С.А. «Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия». - М.: «Высшая школа», 1969 г.

4. «Общая химическая технология и основы промышленной экологии». Под ред. Ксензенко. - М.: «КолосС», 2003г.