4.4. Принципиальная технологическая схема производства кальцинированной соды по аммиачному способу
На рисунке (Рис.34) представлена технологическая схема.
Рис.34. Принципиальная технологическая схема производства кальцинированной соды по аммиачному способу:
1 – известково-обжигательная печь; 2 – холодильник-газоочиститель; 3, 5 – компрессоры; 4 – аппарат для гашения извести; 6 – карбонизационная колонна; 7 – промыватель газов; 8 – абсорбер; 9 – холодильник аммонизированного рассола; 10 – вакуум-фильтр; 11 – холодильник-промыватель газа; 12 –содовая печь; 13 – дистиллер-смеситель; 14 – дистилляционная колонна.
Описание схемы.
1-я стадия. Очистка рассола
Предварительно приготавливают насыщенный раствор поваренной соли, который содержит 307 – 310 г/дм3 NaCl, затем его очищают от солей кальция и магния. Применяется, например, известково-содовая очистка.
Ионы кальция и магния образуют малорастворимые соединения и осаждаются из раствора:
Ca2+ + CO32- = CaCO3↓
Mg + Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + Ca2+
2-я стадия. Аммонизация.
Эту стадию разделим на две:
А, протекающую в промывателе 7 и
Б, протекающую в абсорбере 8.
А. Предварительное насыщение рассола аммиаком и углекислым газом. Очищенный от солей кальция и магния рассол самотёком поступает в промыватель 7, где поглощает CO2 из газов, покидающих карбонизационные колонны 6, а также поглощает NH3 из газов, поступающих с вакуум-фильтров 10. Отработанный газ, содержащий в основном азот, удаляется в атмосферу.
Б. Собственно аммонизация. Рассол их промывателя газов 7 поступает в абсорбер 8, где поглощает NH3 и CO2, поступающие с газом из дистилляционной колонны 14. Газы, уходящие из абсорбера 8, направляются вакуум-насосом в промыватель 7, где они предварительно насыщают рассол.
3-я стадия. Карбонизация.
Аммонизированный рассол, предварительно охлаждённый в холодильнике 9, непрерывно поступает в верхнюю часть карбонизационной колонны 6, почти до верху заполненной жидкостью. Здесь происходит карбонизация рассола.
В карбонизационную колонну поступает газовая смесь, содержащая CO2.
Один поток газа, содержащий (37 – 40) % CO2, – это газ, полученный в известково-обжиговой печи по уравнению (4.3):
CaCO3 = CaO + CO2
и очищенный в аппарате 2.
Другой поток – газ содовых печей, содержащий (85 – 90) % CO2. В содовых печах CO2 получается по уравнению (4.2):
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O
Концентрация смешанного газа при двух вводах в карбонизационную колонну – (60 – 80) % CO2. При одном вводе – примерно 50 % CO2.
В большинстве случаев, как на Рис. 35, имеется два ввода в карбонизационную колонну: первый ввод в нижнюю часть карбонизационной колонны – газ содовых печей; второй ввод в верхнюю часть – газ только известковых печей.
В карбонизационной колонне протекает основная реакция превращения NaCl и CO2 в NaHCO3 по уравнению (4.1):
NaCl + NH3 +CO2 = NaHCO3↓ + NH4Cl
Из верхней части карбонизационной колонны газ, содержащий некоторое количество CO2, поступает в промыватель 7, где CO2 поглощается свежим рассолом.
4-я стадия. Фильтрование и промывка осадка.
В карбонизационных колоннах 6 образуется суспензия кристаллического гидрокарбоната натрия в растворе хлорида аммония и не прореагировавшего хлорида натрия. Кроме того, в растворе содержатся соли аммония NH4HCO3 и (NH4)2CO3. Эта суспензия подаётся в вакуум-фильтр 10 для отделения гидрокарбоната.
Осадок NаHCO3 промывается на вакуум-фильтре 10. Сырой гидрокарбонат (NаHCO3) подаётся затем на кальцинирование во вращающуюся содовую печь 12, а маточная жидкость – в дистилляционную колонну 14 на регенерацию аммиака.
5-я стадия. Кальцинирование.
Кальцинирование – это разложение с образованием соды, воды и диоксида углерода. Процесс протекает во вращающихся печах 12 по уравнению (4.2):
2NаHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O
Кальцинированная сода из печи 12 поступает на склад и далее на упаковку.
6-я стадия. Регенерация аммиака.
Регенерация аммиака проводится в двух аппаратах. Эту стадию также разделим на две:
А – протекающую в дистилляционной колонне 14 и
Б – протекающую в дистиллере-смесителе 13.
А. Маточная жидкость (фильтрат) подаётся из вакуум-фильтров 10 в дистилляционную колонну 14, где происходит регенерация аммиака в результате разложения солей аммония. Разложение углеаммонийных солей идёт при нагревании газами, выходящими из аппарата 13. Из этого аппарата паром отгоняют аммиак, поэтому газ имеет температуру 70 – 80ºС, содержит аммиак и частично диоксид углерода.
Углекислые соли аммония разлагаются в дистилляционной колонне 14 при температуре 70 – 80ºС по уравнениям реакций (4.5а и 4.5б):
NH4HCO3 = NH3 + CO2 + H2O
(NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 +H2O
Б. Для разложения хлорида аммония жидкость из дистилляционной колонны 14 подаётся в дистиллер-смеситель 13, куда поступает известковое молоко, получаемое в аппарате 4 гашением извести по уравнению реакции (4.4):
СаО + Н2О = Са(ОН)2
В дистиллере-смесителе 13 протекает реакция, описываемая уравнением (4.5):
2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3 + 2H2O.
Аммиак, выделяющийся при разложении солей аммония, отгоняется паром, подаваемым в нижнюю часть аппарата 13.
Регенерированные в аппаратах 13 и 14 аммиак и диоксид углерода направляются в абсорбер 8 на поглощение рассолом.
Раствор, полученный после отгонки аммиака, содержит в основном хлорид кальция и не вступивший в реакцию хлорид натрия. Этот раствор называется дистиллерной жидкостью. Дистиллерная жидкость является отходом производства. Рациональное использование данного отхода имеет важное значение в производстве.
В результате разложения гидрокарбоната натрия в содовых печах образуется газ, содержащий 85 – 90 % СО2. Газ содовых печей проходит холодильник-промыватель 11, очищается там, затем поступает в компрессор 5 и смешивается с другим газом – промытым и охлаждённым газом известково-обжиговых печей 1.
Смешанный газ (60 – 80% СО2)компрессором 5 под избыточным давлением 0,3 МПа подаётся в нижнюю часть карбонизационной колонны.
Производство кальцинированной соды по аммиачному способу в промышленности осуществляется почти по одинаковому принципу. Различны лишь конструкция, внутреннее устройство, размеры и производительность отдельных аппаратов.