Производство кальцинированной соды аммиачным способом

14 Способы производства кальцинированной соды. Аммиачный способ производства кальцинированной соды. Основные стадии производства

Способы производства кальцинированной соды. Аммиачный способ производства кальцинированной соды. Основные стадии производства.

Карбонат натрия гигроскопичен, t_пл =858 0 С.

Гидрокарбонат натрия – NaНCO₃ –питьевая или пищевая сода.

Трона (сесквикарбонат, полуторная сода) Na₂CO₃∙NaНCO₃∙2Н₂O.

Карбонат натрия получают путем кристаллизации из смеси горячих растворов карбоната и гидрокарбоната или пропускание CO₂ в раствор Na₂CO_3.

Трона устойчива, негигроскопична, хорошо растворима в воде.

Сода (Na₂CO₃ ) применяется в процессе получения мыла и других моющих средств, NaOН и соединений натрия, в процессе варки целлюлозы, для обработки бокситов в производстве алюминия, для нейтрализации кислых компонентов при очистки нефтепродуктов, для получения пигментов, является компонентом шихты в производстве стекла.

Рекомендуемые файлы

В мире производства кальцинированной соды (Na₂CO₃) базируется на четырех способах:

1.Аммиачный (из NaCℓ методом Сольве)

2.Из природных залежей троны

4. Карбонизацией гидроксида натрия

Получение карбоната натрия аммиачно–хлоридным способом.

Основные стадии процесса:

1. Очистка растворов NаCℓ

2. Обжиг известняка

3. Приготовление известкового молока

4. Аммонизация рассола

5. Карбонизация аммонизированного рассола

6. Фильтрация NaHCO₃

7. Регенерация NH₃

8. Кальцинация NaHCO₃ с получением Na₂CO₃

Раствор NаCℓ добывают выщелачиванием каменной соли в подземных скважинах методом гидровруба. Применяют раствор с концентрацией 305- 310 г/л содержащий Са, Мg, K.

Исходный рассол очищают от ионов Са и Мg 2+ обработкой его содой

Очищенный раствор содержит не более:

2. Обжиг известняка проводят в известково-обжигательных печах шахтного типа

Т_пр=1100 – 1200 0 С

В процессе обжига известняка содержание МgСО₃ (0,5- 3%)

3. Получение суспензии Са(ОН)₂

Суспензию оксида – гидроксида кальция (известковое молоко) получают смешением СаО с избытком воды.

Кинетика процесса гидратации, физико-химические свойства получения суспензии, выход готового продукта зависят от следующих факторов:

вид, структура и химический состав исходного карбоната кальция, температура и продолжительность термообработки исходного сырья, наличие примесей в исходном сырье и топливе, гранулометрический состав применяемого оксида кальция, продолжительность, и условия его хранения, температура воды, водо — известковое отношение (Н₂О: СаО), способ и интенсивность перемешивания в процессе гидратации, применяемые добавки и тд..

4. Аммонизация рассола.

Исходное сырье – рассол до насыщения диоксидом углерода в карбонизационных колонах в отделении абсорбции насыщают аммиаком и частично СО₂ из паро-газовой смеси отделения дистилляции, карбонизации и газо–воздушной смеси в вакуум-фильтрах.

Для насыщения рассола применяют паро–газовую смесь поступающую из отделения дистилляции содержащую аммиак и пары воды.

5. Карбонизация аммонизированного рассола (протекает по реакции 3)

Основными аппаратами при карбонизации являются карбонизационные колоны.

При практических расчетах материальных потоков на содовых заводах концентрацию растворов выражают в «н. д.» (нормальных делениях).

1 н.д. отвечает концентрации 1/20 г-экв. Вещества в 1 дм 3 .

Для пересчета н.д. в г/дм 3 нужно число н.д. умножить на г-экв. Данного вещества и разделить на 20.

Например: 10 н.д. аммиака в растворе отвечают 10*17/20=8,5 г/дм 3 .

6. Фильтрация суспензии гидрокарбоната натрия

В производстве карбоната натрия процесс фильтрации используется для отделения кристаллов гидрокарбоната натрия от маточного раствора. Получаемые при этом кристаллы направляют в отделение кальцинации, а маточный раствор с промывной водой — в отделение дистилляции для регенерации аммиака. В отделении фильтрации используют вакуум-фильтры.

В процессе фильтрации имеются потери гидрокарбоната натрия в результате его частичного растворения в промывной воде и прохода в виде мелких кристаллов через фильтрующую перегородку, а также в результате частичного протекания обратной реакции:

Потери в процессе фильтрации увеличиваются при повышении температуры промывной воды выше 45°С и ее количество, а так же при нарушении целостности фильтрующей перегородки.

7.Регенерация аммиака и диоксида углерода.

В отделении дистилляции производится полное отделение аммиака и диоксида углерода из маточного раствора и возвращение их в отделение абсорбции NH₃ – 51-53% (масс)

В процессе дистилляции протекают реакции разложения карбонатных солей аммония за счет нагревания растворов и реакции разложения связанного аммония при взаимодействии его с суспензией Ca(OH)_2. Образующийся аммиак и углекислый газ выделяют отгонкой из раствора при повышении его температуры.

Процесс десорбции из фильтровой жидкости осуществляют в дистилляционной колонне состоящей из дистиллера (ДС), теплообменника дистилляции (ТДС) и конденсатора-холодильника газа дистилляции (КХДС). Обычно нагрев ведется паром, при температуре 35-40°С начинается разложение гидрокарбоната аммония

При повышении температуры до 65-76°С фильтрового раствора начинает диссоциировать карбонат аммония:

Фильтровой раствор из ТДС направляют в реактор-смеситель, куда одновременно вводят водную суспензию Ca(OH)₂ между которыми происходит реакция регенерации аммиака из хлорида аммония.

а так же протекает реакция

В процессе повышения температуры гидрокарбонат натрия диссоциирует с выделением диоксида углерода

1. Отделение кальцинации гидрокарбоната натрия

Влажный технический гидрокарбонат натрия поступающий на процесс кальцинации имеет состав (в %масс.): NaHCO₃ – 76-84; Na₂CO₃ — 2-3; NaCl – 0,2-0,4; NH₄HCO₃ – 1-2; (NH₄)₂CO₃ – 1; H₂O – 14-20.

Влага представляющая собой насыщенный раствор гидрокарбоната натрия в процессе кальцинации, а именно при контакте с горячей поверхностью интенсивно испаряется. В результате выделения твердая фаза кристаллизуясь образует плотно прилипающую к поверхности корку, называемую в производстве «козел». С целью исключения этого явления в производстве исходный влажный гидрокарбонат натрия перед подачей в кальцинатор смешивают с содой, при этом образуется новая твердая фаза – трона. Трона при температуре 111°С теряет кристаллизационную воду:

При температуре 127°С происходит разложение двойной соли:

Побочные реакции: карбонат аммония разлагается в процессе нагревания, а так же хлорид аммония взаимодействует с гидрокарбонатом натрия.

1. Свойства, применение кальцинированной соды.
2. Способы получения кальцинированной соды.
3. Аммиачный способ производства кальцинированной соды.
4. Основные стадии производства кальцинированной соды.

Источник

Производство кальцинированной соды.

ТЕХНОЛОГИЯ КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

К важнейшим видам продукции основной химической про­мышленности наряду с минеральными кислотами и удобрения­ми относятся содовые продукты — кальцинированная сода, кау­стическая сода и бикарбонат натрия.

Кальцинированная сода широко применяется во многих от­раслях промышленности, а также для бытовых нужд. До 25% кальцинированной соды применяется в химической промышлен­ности для получения бикарбоната натрия, каустической соды и других солей натрия, стекла, в анилинокрасочном и лакокрасоч­ном производствах. Основными потребителями кальцинирован­ной соды являются цветная и черная металлургия, нефтяная, пищевая, целлюлознобумажная, текстильная и другие отрасли промышленности.

Кальцинированная сода — Ка₂С0₃ — представляет собой белый кристаллический порошок с температурой плавления 852 °С, плотностью 2533 кг/м 3 . Насыпная плотность кальциниро­ванной соды составляет от 500 до 700 кг/м 3 . Выпускается также специальный сорт соды — так называемая «тяжелая» сода. На­сыпная плотность «тяжелой» соды — от 800 до 1000 кг/м 3 . Каль­цинированная сода — гигроскопичная соль. Она хорошо раство­ряется в воде с выделением тепла. При нагревании раствора выше 32,5 °С растворимость соды снижается.

Качество кальцинированной технической соды из нефелинового сырья определяется требованием ГОСТ 10680—70.

Методы получения соды. Кальцинированную соду получают тремя способами: аммиачным, из природной соды и комплекс­ной переработкой нефелинов. В нашей стране аммиачный способ яв­ляется основным. Процесс переработки нефелинов с получением глинозема, содовых продуктов (соды и поташа) и цемента на основе апатито-нефелинового месторождения Кольского полуострова, а также нефелиновых руд Сибири постепенно приобре­тает большое значение. В отдельных зарубежных странах каль­цинированную соду получают из природной соды.

В общем объеме производства доля синтетической соды, по­лучаемой аммиачным способом, составляет 84%. а из нефели­на—16%. Мощности по выпуску аммиачной соды используются на 95—100%, а нефелиновой соды — на 85—95%.

ПРОИЗВОДСТВО СОДЫ АММИАЧНЫМ СПОСОБОМ

Сырье.

Основным сырьем для производства кальцинированной соды являются мел или известняк и раствор поваренной соли. Кроме того, применяют еще ряд вспомогательных материалов — ам­миак, воду, пар и электроэнергию.

Карбонатное сырье. Для получения оксида углерода (IV) и извести на содовых заводах применяют известняк или мел, на­зываемые, карбонатным сырьем. От качества карбонатного сырья в значительной мере зависит нормальная работа содово­го завода. Применение известняка более желательно, чем при­менение мела. При увеличении влажности мела возрастает рас­ход топлива на его обжиг и, следовательно, расход воздуха на сжигание топлива. С увеличением расхода воздуха снижается концентрация СО₂ в печном газе. Кроме того, прочность мела ниже, чем известняка. Содержание СаС0₃ в известняке в соответствии с ОСТ 21-27—76 в пересчете на сухой продукт должно быть не менее 92%. Расход карбонатного сырья (100% СаСО₃) на 1 т соды составляет 1,1—1,25 т. Содовые заводы обычно на­ходятся вблизи месторождений карбонатного сырья.

Поваренная соль широко распространена в природе как в твердом виде, так и в виде растворов. В производстве соды ам­миачным способом применяют не твердую соль, а рассол, стои­мость добычи которого путем выщелачивания соли во много раз ниже стоимости добычи твердой соли. На содовых заводах к рассолу предъявляются следующие требования: он должен быть насыщенным или близким к насыщению. Максимальная кон­центрация ЫаС1 в воде при 15 °С равна 317 г/л.

В содовой промышленности концентрацию растворов приня­то выражать в так называемых нормальных делениях (н.д.). Одно нормальное деление соответствует содержанию 1/20 экв. вещества в 1 л раствора. На практике применяют рассол, со­держащий 305—310 г/л NаСl, что соответствует 104,3— 106,0 н. д. Увеличение концентрации NаСl благоприятно влияет на степень его использования, что ведет к уменьшению удель­ного расхода рассола, к снижению расхода аммиака, известня­ка, пара, воды, электроэнергии на 1 т соды.

На производство 1 т кальцинированной соды расходуется около 1,5 т поваренной соли.

Аммиак в производстве соды находится в замкнутом цикле: после регенерации в отделении дистилляции он возвращается обратно в производство. Для восполнения неизбежных потерь в цикл вводят аммиачную воду, содержащую до 25% г NH₃. Ам­миачная вода, поступающая с коксохимических заводов, содер­жит сульфид аммония, предохраняющий стальную аппаратуру и трубопроводы от коррозии. При использовании синтетической аммиачной воды в технологический процесс производства соды вместе с аммиачной водой вводят Nа₂S.

Общая схема производства.

Сложный процесс производства соды можно разделить на несколько стадий (так называемые станции или отделения):

1) предварительная очистка рассола от солей кальция и магния;

2) абсорбция — насыщение рассола аммиаком и частично оксидом углерода (IV) с получением аммонизированного рас­сола;

3) карбонизация — насыщение аммонизированного рассола оксидом углерода (IV) с образованием бикарбоната натрия в виде суспензии;

4) фильтрование — отделение суспензии бикарбоната натрия от фильтровой жидкости;

5) дистилляция — регенерация аммиака и оксида углерода (IV) из фильтровой жидкости;

6) кальцинирование (кальцинация) — разложение бикарбо­ната натрия на карбонат натрия (кальцинированную соду), во­ду и оксид углерода (IV).

Кроме основных процессов, при производстве соды протекает ряд побочных процессов, не имеющих непосредственного отно­шения к получению соды. Аммиак регенерируют из хлорида аммония путем обработки раствора известковым молоком:

В отделении дистилляции образующийся аммиак отгоняют из раствора водяным паром и направляют в отделение абсорбции. Раствор хлорида кальция является отходом производства.

Для получения известкового молока необходима известь СаО, которую на содовых заводах получают путем обжига карбонат­ного сырья (мела или известняка) в известково-обжигательных печах при температуре 1100—1200 °С.Образующийся при обжи­ге оксид углерода (IV) используют в процессе карбонизации, а известь СаО гасят избытком воды с получением известкового молока:

Таким образом, получение соды аммиачным способом можно изобразить в виде схемы, показывающей взаимную связь меж­ду отдельными стадиями процесса:

На рис. 1 показана общая технологическая схема произ­водства кальцинированной соды по аммиачному способу.

Водный раствор поваренной соли, содержащий 305—310 г/л, предварительно очищенный от солей кальция и магния, самотеком поступает в промыватель 1,где поглощает оксид углеро­да (IV) из газов, выходящих из карбонизационной колонны 7, и аммиак из газов, поступающих с вакуум-фильтров 5.После поглощения С0₂ и NH₃ отходящие газы удаляются в атмосферу.

Из промывателя газов 1рассол поступает в абсорбер 2для поглощения аммиака и оксида углерода (IV), содержащихся в газах дистилляционной колонны 3.Непоглощенные газы из аб­сорбера 2направляют вакуум-насосом в промыватель 1. Аммо­низированный рассол, предварительно охлажденный в холо­дильнике 6,непрерывно поступает в карбонизационную колонну 7, заполняя ее почти доверху. Сюда же поступает газ, предва­рительно промытый и очищенный, из известково-обжигательных печей 10(37—40% С0₂) и смешанный газ (смесь газа извест­ково-обжигательных печей и газа содовых печей). В смешанном газе содержится 60—80% С0₂ — при двух вводах газа в карбо­низационную колонну — и около 50% С0₂ —при одном вводе. Газы подают в колонну7 с помощью компрессоров 8 и 12.

Рис. 1. Технологическая схема получения кальцинированной соды аммиач­ным способом:

1-промыватель газов; 2-абсорбер; 3-дистнлляциоиная ;4-смеситель; 5 — вакуум-фильтр; 6 — холодильник аммонизированного рассола 7 — карбонизационная колонна; 8, 12 — компрессоры; 9 — холодильник-газоочистатель; 10 -известково-обжигательная печь; 11- аппарат для гашения извести; 13 — холодильник-промыватель, 14 — содовая печь.

В карбонизационной колонне 7 протекает основная реакция образования бикарбоната натрия. Суспензию кристаллического бикарбоната натрия в растворе хлорида аммония и непрореагировавшего хлорида натрия направляют в вакуум-фильтр 5для выделения бикарбоната натрия. Маточную жидкость, содержа­щую углеаммонийные соли и хлорид аммония (фильтрат) пода­ют из вакуум-фильтров в дистилляционную колонну 3,где осу­ществляется регенерация аммиака из раствора, содержащего хлорид и карбонат аммония. При нагревании раствора до 70— 80 °С карбонат аммония разлагается; разложение хлорида ам­мония проводят в дистиллере-смесителе 4,куда он поступает из колонны 3. Сюда же подают известковое молоко, полученное гашением извести в аппарате 11. Регенерированные аммиак и оксид углерода (IV) отгоняют из раствора паром, подаваемым в нижнюю часть аппарата 4,и они поступают в абсорбер 2на поглощение рассолом.

После отгонки аммиака полученный раствор содержит в ос­новном хлорид кальция и не вступивший в реакцию хлорид натрия. Этот раствор, называемый дистиллерной жидкостью, является отходом производства.

Осадок NаНСО₃ промывают на вакуум-фильтре 5и подают во вращающуюся содовую печь 14на кальцинирование, в ре­зультате чего образуется сода, пары воды и оксид углерода (IV). Кальцинированная сода из печи 14поступает на склад и далее на упаковку.

Источник