1.1 Выбор метода производства

Белую сажу получается следующими методами:

1)Солянокислотный метод

Метод заключается в осаждении диоксида кремния из раствора силиката натрия соляной кислотой:

Na₂О· n SiO₂+2HCl → 2NaCl+nSiO₂·H₂O (1)

Достоинством белой сажи, полученной солянокислотным методом, является более широкое применение в качестве наполнителя, недостатком – суспензию солянокислотной белой сажи трудно фильтровать.

2)Метод получения агрегированной белой сажи

Метод основан на осаждении кремнезема углекислотой из раствора силиката натрия

Na₂О·mSiO₂+CO₂+H₂O→Na₂CO₃+mSiO₂·H₂O (2)

Достоинствами является значительное увеличение производительности фильтров и сокращение расхода кислоты промывной воды, достигается возможность повышения концентрации щелочного маточного раствора с целью использования в качестве содового раствора. Недостатки: необходима дальнейшая разработка данного вопроса с целью уменьшения пылеуноса и получения сажи однородного гранулометрического состава.

3)Получение белой сажи путем переработки выброшенных газов в производстве суперфосфата.

Сущность метода заключается в утилизации фтора вместе с промывными водами, содержащими NH₄F с последующим осаждением кислого раствора (NH₄)₂SiF₆ и аммиачной воды:

3SiF₄ + 2H₂O→2H₂SiF₆ + SiO₂ (3)

NH₂SiF₆ + SiO₂ +6NH₄F →3(NH₄)₂SiF₆ +2H₂O (4)

(NH₄)₂SiF₆ + 3NH₃ + 2H₂O →6 NH₄F + SiO₂ (5)

Достоинством данного метода является возможность переработки фторида аммония. Недостатком является отход кислой соли, сбыт которой ограничен.

4)Получение белой сажи путем разложения раствора силиката натрия раствором фтористого аммония

Сущность заключается во взаимодействии раствора силиката натрия с раствором фторида аммония с последующим разбавлением выделившейся кремневой кислоты

2NH₄F → NH₄F · HF + NH₃ (6)

Na₂O · n SiO₂ + NH₄F ·HF→2NaF + 2NH₃ + nSiO₂ + 2H₂ (7)

Достоинствами данного метода является то, что реакция взаимодействия осуществляется легко, высокая степень использования SiO₂ , аммиак может регенерироваться. Недостаток: рекомендуется продолжить работу по получению физико-химических условий получения белой сажи.

5)Хлоркальциевый метод

Он заключается в обработке дистиллерной жидкостью раствора силиката натрия и осаждение двуокиси кремния из полученной суспензии силиката натрия соляной кислотой.

Важный компонент при производстве белой сажи хлоркальциевым методом - дистиллерная жидкость – отход содового производства.

• получение жидкого стекла

Na₂O·SiO₂ + mH₂O → Na₂O·nSiO₂·mH₂O

2) осаждение силиката натрия дистиллерной жидкостью

Na₂O·nSiO₂·mH₂O+CaCL₂+pH₂O→CaО·nSiO₂·mH₂O+2NaCL+(p-m) H₂O

• разложение двуокиси кремния из полученной суспензии силиката натрия соляной кислотой

CаО·nSiO₂·mH₂O + 2HCL → nSiO₂·mH₂O + H₂O + CaCL₂

К достоинствам относится то, что в производстве белой сажи данным методом в качестве сырья выступает дистиллерная жидкость. Так как дистиллерная жидкость является отходом производства кальцинированной соды, то этот метод позволяет уменьшить её количество.

Углекислотный метод

Метод производства углекислотной белой сажи основан на осаждении кремнезема из раствора силиката натрия углекислотой. В процессе карбонизации жидкого стекла происходит абсорбция двуокиси углерода, её растворение и химическое взаимодействие с раствором силиката натрия с образованием гидратированной кремнекислоты.

Na₂O·mSiO₂ + CO₂ + xH₂O = Na₂CO₃ + mSiO₂ · xH₂O (8)

Жидкое стекло плотностью 1,3 г/см³ получают растворением силиката натрия в воде в автоклавах при Р=0,6 МПа и температуре 150-160 ͦС . Полученное в автоклавах жидкое стекло разбавляется водой до плотности 1,075 г/см³, откуда направляется в производство белой сажи. Суспензию

осажденного диоксида кремния получают карбонизацией жидкого стекла при интенсивном перемешивании реакционной массы и температуре 70-85 ͦС. В карбонизаторе происходит абсорбция двуокиси углерода, растворение и химическое взаимодействие ее с раствором силиката натрия с образованием гидратированной кремнекислоты:

Na₂O·mSiO₂ + CO₂ + xH₂O = Na₂CO₃ + mSiO₂ · xH₂O (9)

Окончание процесса карбонизации контролируется по показателю рН суспензии осажденного диоксида кремния 9,8-10,2.

Очистка от соды суспензии диоксида кремния осуществляется методом нейтрализации 10-15 % соляной кислоты.

Отмывка осадка диоксида кремния осуществляется на фильтр прессах типа ЧМ-150/40-1200М

Очищенная от соды суспензия диоксида кремния плотностью 1,050-1,065 г/см³ сушится в распылительных сушилках. Температура топочных газов на входе 450-550 ͦ С, на выходе 130-170 ͦС

1.1 Применение готового продукта

Сажа белая используется в качестве усиливающего наполнителя синтетических и полимерных материалов в шинной, резинотехнической, химической, легкой и др. отраслях промышленности. Около 70 % всей выпускаемой белой сажи используется в производстве шин, ~20 % в производстве резинотехнических изделий.

В резинах на основе силоксановых каучуков белая сажа улучшает механические характеристики, повышает теплостойкость и огнестойкость.

Также белая сажа используется как загуститель смазочных материалов, клеев, красок. Сажа употребляется как наполнитель для получения различных изделий из пластмасс, для изготовления копировальной бумаги, крема для обуви, грима, косметических красок.

Белую сажу вводят в протекторные резины шин, работающих в тяжелых условиях. Введение небольших количеств белой сажи уменьшает общую износостойкость протектора, увеличивает сопротивление элементов его рисунка скалыванию. Белая сажа рекомендуется также как добавка в каркасные резины для повышения прочности связи этих резин с кордом.

1.3 Характеристика сырья и готового продукта в соответствии с требованиями стандартов

Таблица1 - Характеристика исходного сырья и полупродуктов используемых в технологическом процессе:

Наименование сырья, полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
Силикат натрия растворимый	ГОСТ 13079-81 изменение №1 марка - содовый для СМС и химических производств белой сажи	Массовая доля двуокиси кремния,% Массовая доля окиси железа и оксида алюминия, % не более в т.ч. оксида железа, %, не более массовая доля оксида кальция, %, не более	Однородные прозрачные бесформенные куски без механических включений 71,7-73,8 0,4 0,05 0,1

Продолжение таблицы 1

		Массовая доля серного ангидрида, %, не более Массовая доля оксида натрия, % Силикатный модуль	0,15 25,5-28,2 2,8-3,0
Кислота соляная синтетическая марка Б, первый сорт	ГОСТ 857-88 ТУ6-01-193-80	Массовая доля HCl, %, не менее	31,5
Газ известково-обжигательных печей	СтП 6-18-21-25-87	Объемная доля компонентов, %, СО2, не менее О2 не более Давление, МПа	39 1 0,28-0,30

Характеристика производимой продукции

Белая сажа изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 18307-78

Таблица 2 - По физико-химическим показателям сажа белая должна соответствовать следующим нормам:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Массовая доля двуокиси кремния, %, не менее Массовая доля влаги, %, не более Массовая доля потерь в массе при прокаливании, % Массовая доля железа в пересчете на окись железа, %, не более Массовая доля алюминия в пересчете на окись алюминия, %, не более Массовая доля хлоридов ( Сl -) , %, не более Массовая доля сульфатов (SO42-),% Массовая доля кальция и магния в пересчете на окись кальция, %, не более Массовая доля щелочности в пересчете на окись натрия, %, не более рН водной вытяжки Насыпная плотность, г/дм3 -для неуплотненной -для уплотненной Удельная поверхность по адсорбции фенола, м2/г Массовая доля остатка на сите с сеткой №014R по ГОСТ 6613-86, %, не более

87 6,5 3,5-7,0 0,17 0,10 0,3 0,2 0,8 1,1 8,0-9,5 120-150 180-230 120±20 0,02

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Стадии проектируемого производства:

- получение жидкого стекла

- получение суспензии осажденного диоксида кремния

- очистка от соды суспензии диоксида кремния

- сушка суспензии белой сажи и газоочистка

- упаковка и отгрузка готового продукта

Метод производства углекислотной белой сажи основан на осаждении кремнезема из раствора силиката натрия углекислотой. В процессе карбонизации жидкого стекла происходит абсорбция двуокиси углерода, её растворение и химическое взаимодействие с раствором силиката натрия с образованием гидратированной кремнекислоты.

Na₂O·mSiO₂ + CO₂ + xH₂O = Na₂CO₃ + mSiO₂ · xH₂O

Жидкое стекло плотностью 1,3 г/см³ получают растворением силиката натрия в воде в автоклавах при Р=0,6 МПа и температуре 150-160 ͦС . Полученное в автоклавах жидкое стекло разбавляется водой до плотности 1,075 г/см³, откуда направляется в производство белой сажи. Суспензию осажденного диоксида кремния получают карбонизацией жидкого стекла при интенсивном перемешивании реакционной массы и температуре 70-85 ͦС. В карбонизаторе происходит абсорбция двуокиси углерода, растворение и химическое взаимодействие ее с раствором силиката натрия с образованием гидратированной кремнекислоты:

Окончание процесса карбонизации контролируется по показателю рН суспензии осажденного диоксида кремния 9,8-10,2.

Очистка от соды суспензии диоксида кремния осуществляется методом нейтрализации 10-15 % соляной кислоты.

Отмывка осадка диоксида кремния осуществляется на фильтр прессах типа ЧМ-150/40-1200М

Очищенная от соды суспензия диоксида кремния плотностью 1,050-1,065 г/см³ сушится в распылительных сушилках. Температура топочных газов на входе 450-550 ⁰С, на выходе 130-170 ⁰С.