Для кристаллизации сульфата калия, хлористого калия и поташа применяются двухкорпусные вакуум-кристаллизационные установки, в которых охлаждение раствора достигается за счет вакуумного испарения части воды. Каждый корпус вакуум-кристаллизационной установки состоит из вакуум-испарителя и кристаллорастителя. В вакуум-испарителе происходит самоиспарение раствора и его охлаждение. Охлажденный раствор стекает в кристаллораститель, где осуществляется зарождение и рост кристаллов. Температура поступающего в вакуум-испаритель раствора превышает температуру его после самоиспарения всего лишь на 2-5°С, т. е. это значит, что степень пересыщения раствора очень невелика.

4.3 Очистка рассола поваренной соли

На содовых заводах сырой рассол очищают от примесей известково-содовым способом. В этом случае для осаждения солей кальция используют соду, для осаждения солей магния - известковую суспензию.

В основе известково-содового способа лежат реакции ионного обмена, приводящие к образованию труднорастворимых карбоната кальция и гидроксида магния:

Ca²⁺+CO₃^2--CaCO₃; Mg²⁺+2OH^--Mg(OH)₂

Полнота выделения ионов магния и кальция в осадок, а следовательно, степень очистки, определяется растворимостью СаСО₃ и Mg(OH)₂ в растворе хлорида натрия. Косвенным параметром, характеризующим полноту выделения Са²⁺ и Mg²⁺ в осадок, может служить величина pH, что важно при создании автоматической системы управления процессом очистки.

Основными трудностями первой стадии очистки рассола являются низкая скорость сгущения суспензии гидроксида магния и неудовлетворительная скорость фильтрования сгущенной суспензии. Установлено, что в процессе осаждения происходит образование аморфного (или близкого к аморфному) продукта с довольно высокой растворимостью. Продолжительность его существования зависит от состава маточного раствора, температуры и свойств используемой щелочи. Такой продукт представляет собой гидратированный гидроксид магния: Mg(OH)₂·(Н₂О)_m. Расстояние между плоскостями спайности у такого гидроксида больше длины молекул воды. Процесс созревания осадка, который может продолжаться несколько суток, можно описать уравнением

Mg(OH)₂·(Н₂О)_m> Mg(OH)₂+mН₂О; 1<m<2.

В результате образуется гидроксид магния с хорошими седиментационными свойствами, имеющий решетку типа брусита.

Необходимо отметить, что с повышением температуры рассола увеличиваются скорость отстоя и уплотнение суспензии. С другой стороны, повышение температуры нежелательно для последующей стадии производства - абсорбции аммиака. Поэтому на стадии рассолоочистки температуру рассола поддерживают не выше 22°С (при большом содержании ионов магния).

На рис. 8 приведена технологическая схема очистки рассола известково-содовым способом. В бак 1 подают содовый раствор, для приготовления которого используются кальцинированная сода и очищенный рассол. Из гасительного отделения цеха известковых печей в бак 2 поступает известковая суспензия (90 ±10 н. д.). Для регулирования титра известковой суспензии в мешалку-резервуар 2 подводят очищенный рассол. Далее реагенты поступают в смеситель 3.

Рис. 8 Схема отделения очистки рассола: 1 - бак содового раствора; 2 - бак известкового молока; 3 - смеситель; 4 - расширитель; 5 - реактор; 6 - отстойник; 7 - резервуар очищенного рассола; 8 - сборник шлама; 9 - сборник неочищенного рассола; 10 - насосы.

Процесс очистки рассола осуществляется непрерывно. Сырой рассол поступает из рассолопромысла в резервуары - хранилища сырого рассола 9. Основной поток сырого рассола центробежным насосом 10 через расширитель 4 направляется по трубопроводу в реактор. В случае необходимости часть сырого рассола нагревают за счет охлаждения газа содовых печей, после чего смешивают с основным потоком в расширителе. Труба, подводящая жидкость в реактор, имеет U-образную форму. Реактор не имеет мешалки. Требуемое перемешивание достигается за счет большой скорости поступления жидкости из U-образных труб реактора.

Для осуществления нормального течения процесса в реакторе температуру пульпы желательно поддерживать в пределах 17±3°С. Реактор соединен трубопроводом с отстойником 6. Суспензия поступает сверху в отстойник и по центральной трубе, не доходящей до дна, опускается вниз. Затем рассол поднимается вверх, отделяясь от твердой фазы. Осветленный рассол удаляется из отстойника через переливной желоб, расположенный по периферии. Шлам из нижней части отстойника через специальные трубы периодически спускается в сборник (шламовую мешалку) 8; сюда же поступает шлам из реактора 5.

Осветленный рассол из отстойника 6 направляется в сборник 7 и далее насосом 10-на абсорбцию. В мешалке 8 шлам разбавляется водой и насосом 10 перекачивается в шламопроводы дистиллерной жидкости [2,4,6].

4.4 Абсорбция

Назначение абсорбера состоит в том, чтобы произвести окончательное насыщение рассола из промывателя колонн аммиаком.

Рассол поваренной соли, содержащий 310 г/л хлорида натрия, предварительно очищенный от примесей других солей, поступает в абсорбер, в который подают аммиак из колонны дистилляции, где протекает регенерация аммиака и маточной жидкости после вакуум - фильтров. Также в абсорбер поступает газ, содержащий аммиак и углекислоту из печи кальцинации бикарбоната.

При плохой очистке рассола от солей кальция и магния в процессе аммонизации могут происходить побочные нежелательные реакции: аммиак и углекислота будут взаимодействовать с солями кальция и магния, образуя осадки углекислого кальция и гидроокиси магния, которые могут отлагаться на стенках аппаратов и трубопроводов. При систематическом нарушении режима очистки рассола отложения CaCO₃ и Mg(OH)₂ на стенках аппаратов и трубопроводов могут нарушить нормальную работу отделения абсорбции.

Весь процесс абсорбции зависит, главным образом, от двух факторов:

1) от количества газов, приходящих в абсорбер из колонны дистилляции и печи кальцинации бикарбоната;

2) от количества рассола, поступающего на дистилляцию, то регулирование процесса абсорбции заключается в регулировании поступления рассола в таком количестве, чтобы насыщенная аммиаком жидкость имела необходимую концентрацию.

4.4.1 Технологическая схема отделения абсорбции

Технологическая схема отделения абсорбции должна обеспечить высокую степень очистки выхлопных газов от аммиака, для чего необходимо промывать эти газы свежим рассолом, содержащим минимальное количество аммиака.

Абсорбция диоксида углерода идет значительно медленнее, чем аммиака, поэтому аппаратура должна быть рассчитана так, чтобы обеспечивать поглощение заданного количества аммиака и максимально возможного количества диоксида углерода.

Свежий рассол, прежде всего, используют для поглощения аммиака из выхлопных газов. Около 75-80% рассола поступает из напорного бака 3 в промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ) 4, где поглощается аммиак из воздуха, проходящего через фильтрующую ткань вакуум-фильтров и содержащего примерно 0,5-1% NH₃. После ПВФЛ рассол идет во второй промыватель газа колонн (ПГКЛ-2) 7, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения карбонизации, содержащих до 10% NH₃. Остальные 20-25% свежего очищенного рассола из напорного бака 3 поступают в промыватель газа абсорбции (ПГАБ) 1, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения абсорбции, содержащих до 5% NH₃. Попутно поглощается некоторое количество углекислоты, содержащейся в выхлопных газах. Газ из ПВФЛ поступает на вакуум-насос 5, создающий разрежение на вакуум-фильтрах, и выбрасывается в атмосфер. Газ из ПГАБ также поступает на вакуум-насос 2. Он содержит не менее 75% СО₂, поэтому вакуум-насос передает его на смешение с углекислым газом содовых печей и затем на-карбонизацию. Выхлопные газы из ПГКЛ-2 выбрасывают в атмосферу.

Рис. 9. Типовая технологическая схема отделения абсорбции:

1 - промыватель газа абсорбции; 2,5 - вакуум-насосы; 3 - напорный бак; 4 - промыватель воздуха фильтров; 6 - холодильник газа дистилляции; 7 - второй промыватель газа колонн; 8 - сепаратор-брызгоуловитель; 9 - сборник амминизированного рассола; 10, 12-оросительные холодильники; 11 - постамент (резервуар); 13-второй абсорбер; 14-первый абсорбер

Рассол после промывки выхлопных газов из ПГКЛ-2 и ПГАБ поступает на основную операцию - поглощение аммиака из газа дистилляции, осуществляемое в две ступени - в первом абсорбере (АБ-1) 14 и во втором абсорбере (АБ-2) 13. Две ступени абсорбции вызываются необходимостью в промежуточном охлаждении рассола, нагревающегося от растворения и взаимодействия NH₃ и СО₂ и от конденсации водяного пара, поступающего с газом дистилляции, После первого абсорбера рассол, нагретый до температуры 60- 65° С, охлаждают до 28-32° С в оросительном холодильнике 12, после чего он поступает во второй абсорбер, где также нагревается примерно до 65° С и поэтому прежде, чем поступить в сборник аммонизированного рассола (САР) 9, вторично охлаждается в оросительном холодильнике 10. Чтобы обеспечить самотек рассола на оросительный холодильник, второй абсорбер и стоящие на нем аппараты расположены на постаменте - резервуаре 11.

Газ из отделения дистилляции сначала охлаждается и осушается в холодильнике газа дистилляции (ХГДС) 6 охлаждающей водой и затем, пройдя сепаратор - брызгоуловитель 8, противотоком к рассолу проходит последовательно второй и первый абсорберы, где аммиак поглощается почти целиком. Вместе с аммиаком из газа поглощается большая часть углекислоты. Непоглотившиеся газы идут в ПГАБ (1). При охлаждении газа дистилляции в ХГДС водяные пары конденсируются, образуя конденсат, содержащий до 150-200 н. д. аммиака и углекислоту. Аммиак из таких жидкостей, называемых «слабыми», регенерируют на отдельной установке. Получаемый при этом газ, содержащий NН₃, CO₂ и Н₂О и охлажденный до 58-60° С, поступает обычно в первый абсорбер.

4.5 Карбонизация аммонизированного рассола

Процесс карбонизации (насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода), в результате которого образуется гидрокарбонат натрия, является основным процессом содового производства. В отделении карбонизации получают заданное количество содержащей гидрокарбонат натрия суспензии в виде непрерывного материального потока, передаваемого в отделение.

Качество суспензии определяется качеством содержащегося в ней продукта - гидрокарбоната натрия. Очень часто о качестве гидрокарбоната натрия судят по его фракционному составу. Определяющей оценкой качества суспензии является содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, полученном фильтрацией этой суспензии в стандартных условиях. Оценку работы карбонизационной колонны можно дать, используя безразмерный технический критерий оптимальности:

И = х_с х_с^связ(4.2-0.lщ_с)

х_с -расход суспензии, выходящей из карбонизационной колонны, м³/с;

х_с^связ - концентрация связанного аммиака в осветленной части суспензии, н.д.;

щ_с - содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, %.

Чем выше производительность по гидрокарбонатy натрия и меньше остаточная влага в продукте, тем лучше работает карбонизационная колонна, т. е. необходимо стремиться к увеличению абсолютного значения критерия оптимальности.

В результате процесса карбонизации из раствора в осадок выпадает гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции

NaCl + NH₃ + СО₂ + Н₂О - NaHCO₃ + NH₄C1.

Эта реакция характеризует только конечный результат взаимодействия хлорида натрия и гидрокарбоната аммония. В действительности процесс карбонизации протекает гораздо сложнее, и его механизм до настоящего времени окончательно не выяснен.

Процесс карбонизации ведут ступенчато. Вначале аммонизированный рассол обрабатывают газом известковых печей в колонне предварительной карбонизации (КЛИК), затем в первом промывателе газа колонн (ПГКЛ-1)- газами, отходящими из осадительных колонн, и, наконец, - в осадительных колоннах (КЛ),в нижнюю часть которых вводят смешанный газ (65-75 % СО₂), а в среднюю часть -газ известково-обжигательных печей.

На первой стадии карбонизации большая часть диоксида углерода связывается в карбамат аммония

2NH₃ + СО₂ > NH₂COONH₄,

который затем гидролизуется

NH₂COONH₄ + Н₂О - NH₄HCO₃+NH₃,

с образованием пересыщенного по НСО₃^- раствора. Затем из пересыщенного раствора кристаллизуется гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции

NH₄HCO₃+ NaCl - NaHCO₃ + NH₄Cl.

Процесс насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода является экзотермическим. Выделяющееся тепло реакции в конечной стадии процесса необходимо отвести, чтобы обеспечить необходимые степени карбонизации раствора и утилизации (использования) натрия.

Температурный режим карбонизационной колонны значительно влияет на процесс образования кристаллов гидрокарбоната натрия. Для получения крупных кристаллов гидрокарбоната натрия правильной формы, которые не забивают фильтрующую поверхность вакуум-фильтров и малорастворимы в процессе фильтрации, необходимо поддерживать сравнительно высокую температуру (60-72 °С) в зоне образования и в начальный период роста кристаллов. В процессе дальнейшего роста кристаллов температура уже не оказывает существенного влияния на их размер.

Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей в виде очень мелких кристалликов гидрокарбоната натрия, из которых при поддержании нормального технологического режима образуются кристаллы в форме коротких цилиндров - «бочки». При ухудшении процесса кристаллизации образуются кристаллы, имеющие форму длинных цилиндров и склонные к образованию сростков в виде «снопов» (друзы). В этом случае выделяется большое количество мелочи в виде игольчатых кристаллов и бесформенных обломков. Такие кристаллы при фильтрации уплотняются и удерживают в образовавшихся мелких ячейках много влаги, т. е. увеличивается содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия.

4.5.1 Технологическая схема отделения карбонизации

Аммонизированный рассол из сборника аммонизированного рассола (САР) поступает в колонну предварительной карбонизации (КЛПК), в которую подается также газ известковых печей, содержащий 32-36 % (об.) СО₂ при обжиге мела и 38-40% (об.) СО₂ при обжиге известняка. Из КЛПК жидкость при температуре 42-46°С направляется в первый промыватель газа колонн (ПГКЛ-1). Сюда же поступает газ из КЛПК и осадительных колонн. В ПГКЛ-1 улавливается аммиак, отдутый карбонизующим газом из КЛПК.

За время прохождения жидкости через ПГКЛ-1 ее температура повышается на 5-8°С. Для дополнительного охлаждения жидкости после ПГКЛ-1 предусматривается теплообменник, откуда жидкость поступает в осадительную карбонизационную колонну. В нижнюю часть колонны подается смешанный газ (первый ввод), содержащий диоксид углерода 70-80% (об.), а в среднюю часть - газ известковых печей (второй ввод). Газ из осадительной карбонизационной колонны направляется в ПГКЛ-1, а суспензия - в отделение фильтрации.

Карбонизационные колонны работают сериями, чтобы обеспечить непрерывность потока суспензии, направляемого в отделение фильтрации. Наибольшее распространение получили серии, состоящие из четырех карбонизационных колонн, из которых три работают в качестве осадительных, а одна - колонна предварительной карбонизации.

4.5.2 Аппаратура отделения карбонизации

Карбонизационная колонна КЛ. Она является основным аппаратом отделения карбонизации. КЛ представляет собой цилиндрическую пустотелую колонну диаметром до 3 и высотой до 27 м, состоящую из ряда чугунных бочек или царг. Сверху через штуцер 5 и колонну поступает из ПГКЛ-1 подлежащий карбонизации раствор, а снизу через штуцер 2 и в середине через штуцер 9- углекислый газ. При работе колонна заполнена раствором до определенного постоянного уровня.

Осуществлению принципа противотока может препятствовать продольное перемешивание жидкости газом по высоте колонны. Чтобы это перемешивание свести к минимуму, между отдельными бочками 4 колонны устанавливают пассеты, или барботажные тарелки 8. Тарелка состоит из днища 2 и перекрывающего его колпака 1.

Барботажные тарелки препятствуют продольному перемешиванию жидкости в колоне и обеспечивают равномерное распределение газа по сечению колонны и способствуют увеличению поверхности контакта между газом и жидкостью.



Рис. 10. Карбонизационная колонна (диаметром 2680 мм):

1 - бочка-база; 2 -штуцер для входа газа; 3 - холодильная бочка; 4 - абсорбционная бочка; 5 - штуцеры для входа жидкости; 6 - сепарационные бочки; 7 - штуцеры для выхода газа; 8 - барботажная колонна; 9 - штуцер для входа газа; 10 - штуцер для выхода суспензии.

В верхней части колонны установлены две пустые сепарационные бочки 6, предназначенные для отделения увлекаемых газом брызг жидкости и имеющие водомерные стекла для наблюдения за уровнем жидкости в колонне. Сверху колонна закрыта крышкой, на которой находится штуцер 7 для выхода газа и для установки предохранительного клапана.

В основе карбонизационной колонны установлена бочка-база 1 со сферическим днищем и штуцерами 10 и 2, через которые выводится суспензия бикарбоната натрия и подается компрессором смешанный газ (1-го ввода).

Бочки и барботажные тарелки колонны изготавливают из чугуна. Тонкостенные трубки в холодильных бочках толщиной 6 мм делают из углеродистой стали или из специального чугуна, содержащего 0,5% Ni,0,4% Mn,3,3% C и 0,4% Cr.

4.6 Фильтрация суспензии бикарбоната натрия

В отделении фильтрации осуществляют процесс разделения выходящей из карбонизационных колонн бикарбонатной суспензии на твердую и жидкую фазы. Твердая фаза-бикарбонат натрия - должен быть не только отделен от маточной жидкости, но и тщательно промыт. При промывке маточная жидкость, задержавшаяся между кристаллами бикарбоната, вытесняется водой, что снижает содержание хлоридов и углеаммонийных солей в отфильтрованном осадке. Для уменьшения влажности отфильтрованный бикарбонат дополнительно отжинают на фильтре.

Суспензии разделяют на твердую и жидкую фазы при помощи пористых перегородок, которыми служат шерстяная, хлопчатобумажная и стеклянная ткань, слой песка, гравия или кокса, пористая керамика и пр. Фильтрующей перегородкой является не только сама перегородка, но и находящийся на ней слой осадка. Поэтому по мере увеличения слоя осадка сопротивление прохождению жидкости возрастает пропорционально увеличению толщины слоя, пли, иначе говоря, пропорционально объему профильтрованной суспензии.

В содовой промышленности наиболее распространен способ фильтрации под разрежением. В этом случае давление над фильтрующей перегородкой равно атмосферному. При сохранении постоянства давлений над фильтрующей перегородкой и под ней скорость фильтрации, т. е. объем жидкости, проходящий через фильтрующую поверхность в единицу времени, непрерывно уменьшается, так как в процессе фильтрации толщина осадка на фильтрующей перегородке все время возрастает, следовательно, увеличивается ее сопротивление.

Полученные при фильтрации осадки делятся по своим свойствам на сжимаемые, у которых рыхлая структура частиц под влиянием давления деформируется с уменьшением размера пор и объема осадка, и несжимаемые, у которых размер пор между частицами, объем и пористость осадка в процессе фильтрации практически не изменяются. К первой группе осадков относятся аморфные и коллоидные, ко второй - осадки, имеющие кристаллическую структуру. Осадки бикарбоната натрия относятся ко второй группе.

На содовых заводах для разделения суспензии бикарбоната натрия применяют вращающиеся барабанные вакуум-фильтры, работающие под разрежением. Нормальная работа вакуум-фильтров в значительной степени зависит от размеров кристаллов бикарбоната натрия, поступающих на фильтрацию.

4.6.1 Технологическая схема отделения фильтрации

Суспензия бикарбоната натрия из мерников карбонизационных колонн поступает в коллектор 2, распределяющий ее по отдельным фильтрам. Из коллектора 2 суспензия самотеком подается в корыто 9 вакуум-фильтра, имеющее мешалку 1. Фильтрующий барабан 7 примерно на 1/3 погружен в суспензию NaHCO₃, находящуюся в корыте 9. Для нормальной работы фильтра важно, чтобы высота погружения фильтрующего барабана в суспензию оставалась неизменной. Избыток суспензии из корыта 9 непрерывно через перелив перетекает в сборник 16 с мешалкой. Из сборника 16 насос 15 возвращает суспензию в коллектор 2. Качающаяся мешалка 1 не позволяет частицам NaHCO₃ оседать на дно корыта 9. Через фильтрующую ткань под влиянием вакуума внутрь барабана проходят жидкость, промывная вода и воздух.



Рис. 11. Типовая технологическая схема отделения фильтрации:

1 - мешалка; 2 - распределительный коллектор; 3 - корыто для распределения промывной воды; 4 - напорный бачок для промывной воды; 5 - трубопровод сжатого воздуха; 6 - отжимной валик; 7 - фильтрующий барабан; 8 - срезающий нож; 9 - корыто вакуум-фильтра; 10 - транспортер сырого бикарбоната; 11 - сепаратор; 12 - барометрическая труба; 13 - сборник фильтровой жидкости; 14, 15 - насосы; 16 - сборник с мешалкой для суспензии.

Воздух, отфильтрованная жидкость и промывная вода из внутренней части барабана 7 идут в сепаратор 11, где воздух отделяется от жидкой фазы и идет на ПВФЛ.

Фильтрат из сепаратора 11 по барометрической трубе 12 идет в сборник фильтровой жидкости 13, откуда насосом 14 откачивается на дистилляцию.

При вращении барабана приставший к фильтрующей поверхности слой бикарбоната натрия попадает под отжимной валик 6 для ликвидации образующихся на поверхности осадка трещин, через которые могут попадать внутрь барабана воздух и промывная вода. После отжимного валика осадок промывается слабой жидкостью или водой, поступающей из напорного бачка 4 для промывной воды в корыто 3, распределяющее воду ровной струей по ширине барабана. Количество подаваемой на промывку воды регулируют при помощи крана, установленного между напорным бачком 4 и корытом 3. Промывная вода смешивается с фильтровой жидкостью внутри барабана и вместе с ней идет в сепаратор 11.

Промытый бикарбонат натрия вновь уплотняется вторым по направлению вращения барабана отжимным валиком 6, подсушивается просасываемым через слой осадка воздухом, подаваемым по трубопроводу 5, и срезается с фильтрующей ткани ножом 8 на транспортер 10, который подает сырой бикарбонат натрия в содовую печь.

4.7 Кальцинация гидрокарбоната натрия

Кальцинация - термическое разложение гидрокарбоната натрия - является заключительной стадией в производстве кальцинированной соды. Основным назначением отделения кальцинации является получение определенного количества кальцинированной соды в виде непрерывного материального потока.

Технический бикарбонат натрия должен иметь белый цвет. Появление окраски указывает на коррозию стальных аппаратов в отделениях абсорбции и карбонизации. Окрашивает осадок окись железа, попадающая в него в результате коррозии. [7]

Процесс кальцинации можно показать уравнением:

2 NaHCO₃(тв.)=Na₂CO₃(тв.)+СО₂(газ)+Н₂О(пар).

Кроме этой основной реакции при нагревании технического бикарбоната могут протекать дополнительные реакции:

(NH₄)₂CO₃-2NH₃(газ)+СО₂(газ)+Н₂О(пар),

NH₄ HCO₃-2NH₃(газ)+СО₂(газ)+Н₂О(пар).

Хлористый аммоний взаимодействует при нагревании с бикарбонатом натрия по реакции

NH₄Cl(раств.)+ NaHCO₃ (тв)-NaCl(тв)+ NH₃(газ)+СО₂(газ)+Н₂О.

Карбамат натрия в присутствии воды при нагревании переходит в соду согласно реакции

2NaCO₂NH₂+ Н₂О- Na₂CO₃(тв.)+СО₂(газ)+2NH₃(газ).

Таким образом, в результате кальцинации в твердой фазе остаются Na₂CO₃ и NaCl, а в газовую фазу переходят NH₃, СО₂ и Н₂О.

Наличие влаги в гидрокарбонате усложняет аппаратурное оформление, так как влажный гидрокарбонат натрия малосыпуч, комкуется и налипает на стенки аппаратов. Последнее объясняется тем, что влага, представляющая собой насыщенный раствор NaHCO₃, при контакте с горячей поверхностью интенсивно испаряется. Выделяющаяся твердая фаза, кристаллизуясь, образует плотно прилипающую к поверхности корку.

Твердый слой соды, обладающей низкой теплопроводностью, ухудшает теплопередачу, а в содовых печах, обогреваемых снаружи топочными газами, - приводит к перегреву и прогоранию стенки печи. Для борьбы с этим явлением влажный гидрокарбонат натрия смешивают с горячей содой (ретуром). При этом образуется новая твердая фаза - трона (NaHCO₃·Na₂CO₃·2Н₂О). Свободная влага связывается в кристаллизационную, и продукт становится сыпучим.

При кальцинации бикарбоната натрия и троны в газовую фазу выделяются СО₂, NH₃ и водяные пары. Аммиак и углекислый газ должны бать возвращены в производство. Углекислый газ используют в процессе карбонизации аммонизированного рассола, для чего полезно иметь газ с высоким содержанием СО₂.

Процесс кристаллизации можно разделить на три периода по времени. Первый период характерен быстрым подъемом температуры. Разложения бикарбоната н наблюдается, и все тепло расходуется на подогрев материала, удаление кристаллизационной воды из троны и разложение углеаммонийных солей. Второй период характеризуется постоянством температуры материала (t~125°С). Подводимое тепло расходуется на термическое разложение NaHCO₃. третьем периоде температура реакционной массы начинает резко возрастать. Это говорит о том, что процесс разложения бикарбоната закончился и подводимое тепло расходуется на нагрев полученной соды. На практике для ускорения процесса разложения NaHCO₃ температуру соды на выходе из печи держат в пределах 140 - 160°С.

Отмытый па фильтрах влажный гидрокарбонат натрия с общего ленточного транспортера 10 с плужковым сбрасывателем 7 подается в бункер 6 вибропитателя 5, откуда вибропитателем и ленточным транспортером 4 через ячейковый питатель 3 подается в смеситель 2. В смеситель же поступает ретурная сода и сода, отделяемая от газов кальцинации в циклоне 11.



Рис. 12. Схема отделения кальцинации:

1 - паровой конденсатор; 2 - питающий смеситель; 3, 15 - ячейковые питатели; 4,10 - ленточные транспортеры; 5 - вибропитатель; 6 - течка-бункер; 7 - плужковый сбрасыватель; 8, 9, 14, 16 - транспортеры; 11 - циклон; 12 - коллектор газа кальцинации; 13 - сепаратор; 17 - сборник конденсата; 18 - центробежные насосы; 19 - сборник слабой жидкости; 20 - холодильник газа кальцинации; 21 - редукционная охладительная установка (РОУ); 22 - промыватель газа кальцинации; 23 - сборник промывной жидкости.

Подготовленную в смесителе трону направляют в межтрубное пространство барабана кальцинатора 1. В результате тепловой обработки троны получают кальцинированную соду и газы кальцинации. Кальцинированная сода через ячейковый питатель 15 выводится из кальцинатора и поступает па систему транспортеров 8, 9, 16. С наклонного транспортера 8 через питатель производится отбор соды в смеситель. Остальная сода транспортерами 9, 14 подается на склад.

Газы кальцинации удаляются из кальцинатора через смеситель 2, в котором с помощью компрессора создается вакуум. По пути к компрессору газы проходят сухую очистку в циклонах 11 и мокрую - в цеховом коллекторе газа кальцинации 12 и промывателе 22. Перед промывателем газы кальцинации охлаждаются в холодильнике 20.

На орошение в коллектор газа кальцинации подают так называемую слабую жидкость, образующуюся при конденсации водяных паров в холодильнике газов кальцинации. Эта жидкость, соприкасаясь с газом, поглощает частично аммиак и содовую пыль, стекая после этого в сборник 19.

В холодильнике 20 газ проходит сверху вниз по межтрубному пространству, а в трубках противотоком движется охлаждающая вода. Для предупреждения закристаллизовывания трубок холодильника и лучшей промывки газа от содовой пыли межтрубное пространство орошается слабой жидкостью. В промывателе газ орошается водой, при этом он дополнительно охлаждается и полностью отмывается от соды и аммиака.

Для обогрева кальцинатора подают водяной пар высокого давления. Перед подачей в кальцинатор он проходит редукционную охладительную установку (РОУ), где его температура снижается до 270°С, а давление - до 3 МПа. В трубках кальцинатора пар конденсируется, отдавая тепло кальцинируемому материалу. Конденсат из кальцинатора выводится в сборник конденсата 17 и далее в расширители, где преобразуется в пар низкого давления.

4.8 Закачка дистеллерной жидкости в нефтяные скважины

Второй вариант утилизации дистиллерной жидкости - использование ее после специальной подготовки для закачки в нефтяные скважины. Если производство соды расположено в районе добычи нефти, то этот вариант обладает следующими преимуществами:

- исключается потребность нефтепромыслов в свежей воде;

- увеличивается нефтеотдача за счет использования жидкости с большей плотностью;

- отпадает необходимость затраты большого количества тепла для испарения воды в производстве хлорида кальция при выделении солей, содержащихся в дистиллерной жидкости;

- возможность использования для подготовки жидкости накопители - «белые моря», - традиционно располагающиеся возле каждого завода, производящего соду аммиачным способом.

Способ подготовки дистиллерной жидкости, используемой для закачки, включает следующие стадии:

- отстой дистиллерной суспензии в накопителе «белое море»;

- разбавление осветленной дистиллерной жидкости водой с целью снятия пересыщения по гипсу;

- карбонизация разбавленной дистиллерной жидкости газом известковых печей в присутствии ретурного шлама;

- отстаивание и транспортирование прокарбонизованной дистиллерной жидкости.

4.9 Расчетные параметры и установка для очистки сточных вод

Исходные данные:

Производительность установки, мі/час - 1

Количество и состав сточных вод на входе в установку - 750 мі

Температура сточных вод на входе в установку, °С - 20

Температура сточных вод на выходе из конденсатора, °С - 70

Температура сточных вод на выходе из гидродинамического теплогенератора, °С - 95

Температура пара на выходе из эжектора конденсатора, °С - 100

Температура очищенной воды на выходе из установки, °С - 20

Температура сточной воды на выходе из отстойника-кристаллизатора,°С - 65

1. N_вх = 0,5 кВт (производительность 1000 кг/час) для насоса 2.

2. Количество тепла, необходимое для нагрева сточной воды (1000 кг/час) в конденсаторе (3) от 20°С до 60°С конденсирующимся водяным паром:

Qк = с * m_вх * t = 1 * 1000 * (60 - 20) = 1000 * 40 = 40000 ккал/час.

3. Количество тепла, необходимое для нагрева сточной воды (1000 кг/час) в теплогенераторе от 60°С до 95°С:

Q1 = с * m_вх * t = 1 * 1000 * (95 - 60) = 1000 * 35 = 35000 ккал/час.

4. Количество тепла, необходимое для выпара 1000 кг/час сточной воды при 80°С, создаваемом эжектором конденсатора (3):

Q2 = 1000 * 551,7 = 551700 ккал/час.

Скрытая теплота парообразования при 80°С составляет 551,7 ккал/кг.

5. Количество сточных вод, проходящих через отстойник-кристаллизатор (9) за 1 час, эквивалентное потоку тепла, отведённое от сточной воды в парогенераторе (6) за счёт гидродинамических процессов от 10°С до 80°С:

551700 = m_kр * 1 * (80 - 10)

m_kр = 551700 / 70 = 7881,4 кг/час,

что соответствует суммарной мощности насоса (14) N_kр= ~ 2 кВт.

6. Общее количество тепла, отводимого от парогенератора (6) за счёт парообразования:

Qгп = 551700 * 1000 / 7881,4 = 70000 ккал/час.

7. Мощность электродвигателя парогенератора (6) составляет:

N_гп = 70000 / (860 * 3) = 27 кВт,

где «3» - коэффициент преобразования электроэнергии в тепло в гидродинамическом генераторе.

8. Мощность электродвигателя теплогенератора (4) составляет:

N_гт = Q1 / (860 * 3) = 35000 / (860 * 3)= 13,6 кВт

9. Количество циркулирующей очищенной воды, необходимое для конденсации 1000 кг пара (возврат тепла, необходимого для полной конденсации водяного пара):

551700 - 40000 = 1 * m_оч * (70 - 20)

m_оч = 511700 / 50 = 10234 кг/час,

что соответствует суммарной электрической мощности насоса низкого давления N_оч = 2 кВт.

Итого:

Общая электрическая мощность, необходимая для очистки сточных вод, составляет:

N_общ. = N_вх + N_гт + N_гп + N_кр + N_оч = 0,5 + 13,6 + 27 + 2 + 2 = 45,1 кВт.



Рис. 13

1 - емкость-накопитель сточных вод; 2 - насос; 3 - конденсатор; 4 - гидродинамический теплoгeнератор (до 95 °С); 5 - разделительная ёмкость; 6 - гидродинамический парогенератор; 7 - емкость для паров; 8 - электродвигатель; 9 - емкость-кристаллизатор с шибером; 10 - передвижной контейнер для осажденных примесей; 11 - конденсатор; 12 - насос; 13 - емкость для очищенной воды; 14 - насос; 15 - гидродинамический теплогенератор для сушки осадка [5-9].

Заключение

Одна из особенностей современного промышленного производства - образование значительного количества отходов, поступающих в окружающую среду. Современное экологическое состояние территории России можно определить как критическое. Продолжается интенсивное загрязнение природной среды. Спад производства не повлек аналогичного снижения загрязнений, поскольку в экономически кризисных условиях предприятия стали экономить и на природоохранных затратах.

Человечеству необходимо осознать, что ухудшение состояния окружающей среды является большей угрозой для нашего будущего, чем военная агрессия; что за ближайшие несколько десятилетий человечество способно ликвидировать нищету и голод, избавиться от социальных пороков, возродить культуру и восстановить памятники архитектуры лишь бы были деньги, а возродить разрушенную природу деньгами невозможно. Потребуются столетия, чтобы приостановить ее дальнейшее разрушение и отодвинуть приближение экологической катастрофы в мире.

Литература

1. Зайцев И.Д., Гаткач Г.А., Стоев Н.Д. «Производство соды». - М.: «Химия»,1986.

2. Сасс-Тисовский Б.А.«Производство соды». - Л.: «Ленхимсектор», 1932.

3. Шокин И.Н., Крашенников С.А. «Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия». - М.: «Высшая школа», 1969.

4. «Общая химическая технология и основы промышленной экологии». Под ред. Ксензенко. - М.: «КолосС», 2003.

5. И.П. Мухленов «Основы химической технологии». - М.: «Высшая школа», 1991.

6. И.П. Наркевич «Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ». - М.: Химия, 1984.

7. М.Е. Позин, Р.Ю. Зинюк «Физико-химические основы неорганической технологии». - Л.: Химия, 1985.

8. С.А. Крашенинников Технология соды. - М.: Химия, 1988.

9. Н.С.Торочешников, А.И.Родионов, Н.В.Кельцев, В.Н. Клушин «Техника защиты окружающей среды». - М.: Химия, 1981.