- •1. Виды конструкционных материалов. Чугуны (15 б.).
- •2. Виды коррозии. Водородная коррозия и способы защиты от водородной коррозии (15 б.).
- •3. Технологическое оформление конверсии природного газа (30 б.).
- •4. Подготовка обжигового газа к контактному окислению в производстве серной кислоты (20 б.).
- •5. Основные технологические стадии в производстве кальцинированной соды аммиачным способом (20 б.).
5. Основные технологические стадии в производстве кальцинированной соды аммиачным способом (20 б.).
Основные виды сырья: рассол (раствор NaCl), NH3, CaCO3 и топливо (уголь).
Технологические стадии:
очистка рассола;
обжиг известняка;
подготовка известкового молока;
аммонизация рассола;
карбонизация аммонизированного рассола;
фильтрация бикарбоната натрия;
регенерация NH3;
кальцинация бикарбоната натрия с образованием кальцинированной соды.
Очистка рассола
Основные примеси рассола – соединения Ca и Mg. Очистка идёт известковым способом:
CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2
Обжиг известняка
CO2 и CaO получают в результате обжига известняка:
CaCO3↔CaO+CO2↑ -158,7 кДж
Необходимое тепло выделяется в ходе сгорания топлива (уголь, антрацит) при воздушном дутье. Интервал температур: 950 – 1150°C. Концентрация CO2 в газе 37 – 39%об.
Подготовка известкового молока
Изв. молоко – это суспензия окида/гидроксида кальция в воде:
2CaO+nH2O→CaO+Ca(OH)2+(n-1)H2O +Q
Температура процесса: 80 – 90°C.
Аммонизация рассола и карбонизация аммонизированного рассола
Смысл аммонизации: растворимость CO2 в растворах NaCl очень низка, поэтому для того, чтобы удержать его в системе, нужно связать CO2 химическим способом.
Для насыщения рассола используют парогазовую смесь: NH3 – H2O – CO2. Температура не менее 58°C, иначе будет кристаллизоваться (NH4)2CO3.
В системе протекают следующие последовательно-параллельные реакции:
NH3+H2O+CO2 → NH4HCO3
2NH3+H2O+CO2 → (NH4)2CO3
2NH3+ CO2 → NH2COONH4
Процесс абсорбции NH3 и CO2 протекает совместно на стадии №4, но NaCl при этом не участвует. Образующийся карбамат натрия NH2COONH4 гидролизуется:
NH2COONH4+H2O ↔ NH4HCO3+NH3
Взаимодействие NH4HCO3 с рассолом протекает по реакции:
NH4HCO3+NaCl ↔ NaHCO3↓+NH4Cl
Суммарная реакция 4 и 5 стадий имеет вид:
NaCl+NH3+CO2+H2O ↔ NaHCO3↓+NH4Cl
Фильтрация бикарбоната натрия
Для фильтрования NaHCO3 используются вакуум-фильтры различных конструкций. Температура не выше 45°C, иначе реакция образования NaHCO3 пойдёт в обратном направлении.
Регенерация NH3
На этой стадии происходит полное отделение NH3 – CO2 – H2Oпар и возврат этой парогазовой смеси на аммонизацию (t°=95 – 98°C):
2NH4Cl+Ca(OH)2 ↔ 2NH3+CaCl2↓+H2O
CaCl2 является твёрдым отходов с малым применением в хозяйстве.
Кальцинация бикарбоната натрия
Итоговая стадия – термическое разложение гидрокарбоната натрия при t°=140 – 160°C:
2NaHCO3 ↔ Na2CO3+CO2+H2O -Q
Т.к. NaHCO3 после фильтрования влажен, это усложняет процесс кальцинации из-за налипания продукта на стенки кальцинатора (вызывая её локальный перегрев). Для устранения этого явления используют ретур, добавляя сухой Na2CO3, при этом образуется новая твёрдая фаза – трона: Na2CO3•NaHCO3•2H2O.
В итоге влага переходит в кристаллизационную форму, продукт становится сыпучим и разлагается при 127°C:
3(Na2CO3•NaHCO3•2H2O) → Na2CO3•3NaHCO3+2Na2CO3+6H2O
2(Na2CO3•3NaHCO3) → 5Na2CO3+3CO2↑+3H2O
Отходящий газ промывается в абсорбере и охлаждается. Затем CO2 с кальцинации направляют на карбонизацию аммонизированного рассола (стадия №5).