ВВЕДЕНИЕ

Химическая промышленность – важная и сложная отрасль индустрии. Уровень и темпы ее развития определяют прогресс народного хозяйства в целом, оказывает влияние на экономику и культуру страны, благосостояние трудящихся, также значительно определяют средние темпы развития других отраслей.

В современной химической промышленности широкое применение нашли высокоэффективные технологические процессы с использованием агрегатов большой единичной мощности, средств механизации и автоматизации.

В химической промышленности главной задачей ее развития является повышение производительности труда, улучшение качества продукции и снижение ее себестоимости. Эта цель может быть достигнута путем совершенствования техники и технологии: комплексное использование сырья, создание безотходных производств; увеличение мощности производства, введение механизации трудоемких работ.

Химической промышленностью выпускаются синтетически моющие, чистящие, полирующие, клеящие, отбеливающие, подкрахмаливающие, пятновыводящие средства, минеральные удобрения, товары в аэрозольной упаковке и многие другие товары. Химизация быта связана с увеличением производства товаров бытовой химии, расширением их ассортимента и повышением качества.

Бикарбонат натрия применяется в качестве исходного или вспомогательного сырья в ряде отраслей промышленности и в быту. Основными потребителями является стекольная промышленность, электронная промышленность, цветная и черная металлургия, нефтяная и пищевая промышленности.

В настоящее время потребность народного хозяйства в важнейших органических продуктах, исчисляемых миллионами тонн в год, может быть удовлетворена только на основе легко доступного и дешевого сырья. Таким сырьем является нефть, природные и попутные газы, а также газы нефтепереработки.

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

Кальцинированную соду получают тремя методами: аммиачным, из природной соды и комплексной переработкой нефелинов. В России аммиачный способ является основным.

1. Литературный обзор

   1. Выбор метода производства

Получение кальцинированной соды возможно по нескольким методам:

1. аммиачный – сущность метода заключается в насыщении раствора аммиаком и его карбонизация с получением бикарбоната натрия, который разлагается с получением кальцинированной соды.

NaCl + H₂O + NH₃ + CO₂ = NaHCO₃ + NH₄Cl

2NaHCO₃ = Na₂CO₃

Достоинства: высокое качество карбоната натрия, непрерывность процесса, снижение расхода тепла, возможность применения более дешевых растворов NaCl, основные реакции процесса осуществляются при невысоких температурах.

Недостатки: большое количество твердых и жидких отходов, требующих утилизации, сброса или длительного хранения, низкая степень использования сырья, большие удельные капиталовложения, необходимые для создания содового производства, специфичное оборудование.

2. нефелиновый – сущность метода заключается в спекании нефелиновой руды с мелом или известняком. Полученный сплав выщелачивают, карбонизуют, раствор упаривают и получают кальцинированную соду.

(K,Na)₂O ^. Al₂O₃ ^. nSiO₂ + 2nCaCO₃ = K₂Al₂O₃ + n(2CaO ^. SiO₂) + 2nCO₂

Na₂O ^. Al₂O₃ + H₂O + CO₂ = Na₂CO₃ + Al(OH)₃

K₂O ^. Al₂O₃ + H₂O + CO₂ = K₂CO₃ + Al(OH)₃

2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 6H₂O

Достоинства: нет вредных отходов производства, сода имеет более высокую насыпную плотность, снижение себестоимости в 2-3 раза, упрощенная схема технологического процесса, нефелиновый концентрат не требует измельчения.

Недостатки: выделяемая сода менее чистая, чем получаемая аммиачным методом, трудность добычи и транспортировки сырья.

3. Получение соды из природных источников (троны) – кальцинированная сода из троны получается двумя методами:

- секвикарбонатный – дробленую руду растворяют с получением насыщенного раствора, который после осветления, фильтрации, очистки от примесей упаривают, затем охлаждают, выпавшие кристаллы отделяют и кальцинируют при 200 ⁰С с получением чистой Na₂CO₃;

- моногидратный – руду кальцинируют, полученную соду растворяют, раствор осветляют, фильтруют, обрабатывают активным гелем с целью очистки от органических примесей и упаривают при температуре ниже точки перехода моногидрата карбоната натрия, отделяют и дегидрируют при t=150 ⁰С с получением тяжелой соды.

Достоинства: меньшие удельные капиталовложения по сравнению с аммиачным методом, меньший расход энергии, практически нет отходов, упрощенная схема производства.

Выбор метода производства зависит от наличия месторождений необходимого сырья. Так месторождения природной соды встречаются в природе очень редко, поэтому заводов работающих по этому способу очень мало. Нефелиновые руды встречаются гораздо чаще, в том числе и в нашей стране в Хибинах (Кольский полуостров), Сибири, на Урале, в Кемеровской области. В настоящее время на нескольких заводах освоен эффективный способ комплексной переработки нефелинов и нефелиновых апатитов с одновременным получением глинозема, цемента, соды и поташа (например, г. Ачинск).

В 30-е годы прошлого столетия Гипрохимом и Всесоюзным институтом содовой промышленности были рассмотрены несколько районов возможного размещения производства кальцинированной соды. Одним из таких районов являлась Башкирия. Большие запасы каменой соли и известняка, обнаруженные при бурении нефтяных скважин в районе городов Стерлитамака и Ишимбая, а также река Белая с достаточным дебитом воды обеспечивали весьма выгодные в экономическом и техническом отношении условия для строительства и последующей эксплуатации содового завода большой мощности /9, с.5/.

В данном случае выбран аммиачный метод производства ввиду нескольких причин: мы обладаем наличием месторождений необходимого для данного метода сырья, карбонат натрия получается достаточно высокого качества, требуются небольшие расходы тепла, имеется возможность применения более дешевых растворов NaCl, основные реакции осуществляются при невысоких температурах.

2. Применение готового продукта

Кальцинированная сода применяется в ряде отраслей промышленности в качестве исходного сырья и в быту.

Основными потребителями кальцинированной соды является: стекольная промышленность, электронная промышленность, цветная и черная металлургия, нефтяная и пищевая промышленность. В химической промышленности кальцинированная сода применяется для производства каустической соды, бикарбоната натрия и других натриевых и карбонатных солей, в анилинокрасочной и лакокрасочной промышленности /2, с. 5/.

Кальцинированная сода марки А применяется для производства электровакуумного стекла в стекольной промышленности. Марка Б применяется для производства различных солей и некоторых минеральных удобрений в химической промышленности; для производства алюминия, никеля, ванадия в цветной металлургии; для очистки нефтепродуктов в нефтяной промышленности; в мыловаренной, жировой, текстильной, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях легкой промышленности /2, с.6/.

1.3 Характеристика сырья и готового продукта в соответствии с требованиями стандарта

Таблица 1.3.1 – Характеристика сырья, материалов и полупродуктов.

Наименова-ние сырья, материалов, полупродук-тов	ГОСТ, ТУ или методика на подготовку сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламенти-руемые показатели с допустимыми отклонениями
1	2	3	4
Аммиак водный технический	ГОСТ 9-92	Массовая до- ля аммиака, %, не менее	25
Рассол очищенный	Технологичес- кий регламент СТ 04-91 произ-водства кальци- нированной соды №2	Са2+ + Мg2+, н.д. (г/л), не более СО32-, н.д. (г/л) ОН-, н.д. (г/л) Cl-, н.д. (г/л), не более	0,032 (0,026) 0,25±0,05 (0,375±0,075) 0,07±0,02 (0,056±0,016) 103,6 (303)
Известковое молоко	Технологичес- кий регламент СТ 03-85 произ-водства кальци- нированной соды №1	Содержание СаОакт., н.д., не менее	190
Газ известково-обжи- гательных печей	Технологичес- кий регламент СТ 03-85 произ-водства кальци- нированной соды №1	Концентрация СО2, %, не менее Концентрация О2, %, не более Концентрация СО, %, не более Температура, 0С, не более	39,0 1 3,0 40
Натрия гидросуль- фид технический	ТУ 301-06-26-90	Внешний вид Массовая доля гидросульфида натрия (NaHS), %, не менее Массовая доля сернистого Na (Na2S), % не более Массовая доля карбоната натрия (Na2CO3), %, не более	Мутный раст-вор, содержа-щий осадок 22 3,0 4,0

/7, с.65/

Кальцинированная сода представляет собой мелкокристаллический порошок и гранулы белого цвета. Сода хорошо растворяется в воде, при этом выделяется тепло и раствор нагревается. Растворимость соды зависит от температуры. С повышением температуры растворимость повышается. Водные растворы обладают сильными щелочными свойствами. Плотность растворов увеличивается по мере повышения концентрации.

Химическая формула Na₂CO₃

Na  O

Структурная формула C = O

Na  O

Молекулярная масса 105,99

Плотность, г/см³ 2,533

Насыпной вес, г/см³ 0,5-0,6

Теплоемкость Na₂CO₃ кристаллической, кДж 123,5

для температуры, ⁰С 20-200

Аммиак водный технический (ГОСТ 9-92)

Массовая доля аммиака, % не менее 25

Рассол очищенный, содержание, н.д.

Са²⁺+Mg²⁺, г/л не более 0,032 (0,026)

СО₃^2- 0,25 - 0,05

[(0,375- 0,075)]

ОН^- 0,07 – 0,02

[(0,056- 0,016)]

Cl^- не менее 103,6 (303)

Известковое молоко, содержание, н.д.

СаО не менее 190

Газ известково – обжиговых печей, концентрация, %

СО₂ не менее 39,0

О₂ не более 1

СО не более 3,0

Температура, ⁰С, не более 40

Натрий гидросульфид технический Ту 301-06-26-90 – мутный раствор, с осадком, %

Массовая доля гидросульфида натрия (NaHS) не менее 22

Массовая доля Na₂S не более 3,0

Массовая доля Na₂CO₃ не более 4,0

Таблица 1.3.2 – Характеристика сырья, материалов и полупродуктов.

Наименование показателя	Норма
	Марка А ОКП 213111 0200			Марка Б ОКП21 3111 0100
	Высший сорт ОКП 21 3111 0220	Первый сорт ОКП 21 3111 0230	Второй сорт ОКП 21 3111 0240	Высший сорт ОКП 21 3111 0120	Первый сорт ОКП 21 3111 0130	Второй сорт ОКП 21 3111 0140
1	2	3	4	5	6	7
Внешний вид	Гранулы белого цвета			Порошок белого цвета
Массовая доля Na2CO3, % не менее	99,4	99,0	98,5	99,4	99,0	99,0
Массовая доля Na2CO3 в пересчете на непрока-ленный продукт, % не менее	98,7	98,2	97,0	98,9	98,2	97,5
Массовая доля потери при прокаливании (при 270-300 0С), % не более	0,7	0,8	1,5	0,5	0,8	1,5
Массовая доля хлори- дов в пересчете на NaCl,% не более	0,2	0,5	0,8	0,4	0,5	0,8
Массовая доля железа в пересчете на Fe2O3, % не более	0,003	0,005	0,008	0,003	0,003	0,008
Массовая доля веществ нерастворимых в воде, % не более	0,04	0,04	0,08	0,03	0,04	0,08
Массовая доля сульфа-тов в пересчете на Na2SO4, % не более	0,04	0,05	Не норми-руется	0,04	0,05	Не норми-руется
Насыпная плотность, г/см3, не менее	1,1	0,9	0,9	Не нормируется
Гранулометрический состав: - остаток на сите с сет-кой №2K по ГОСТ 6613- 86,% не более	Не нормиру-ется	5	5	Не нормируется
- прохождение через сито с сеткой № 1,25K по ГОСТ 6613-86, %	10	Не нормируется		Не нормируется

Продолжение таблицы 1.3.2

1	2	3	4	5	6	7
- остаток на сите с сет-кой № 1К по ГОСТ 6613-86, % не более	3	Не нормируется
- прохождение через сито с сеткой № 01К по ГОСТ 6613-86, % не более	7	15	25	Не нормируется
Магнитные включения размером более 0,25мм	Отсутст-вуют	Не нормируется		Не нормируется

/7, с.8/