Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 56 )

При снижении давления СО2 над суспензией при выходе ее из карбонизационной колонны и на вакуум-фильтре протекает процесс ретроградации, т. е. переход осажденного NаНСО3 в раствор и его взаимодействие с NН4Сl. Степень использования натрия после фильтров уменьшается примерно на 2.5% по сравнению с этим показателем для суспензии, выходящей из колонны.

Отфильтрованный и промытый осадок гидрокарбоната натрия подвергается термическому разложению – кальцинации. Сухой NаНСО3 разлагается по реакции

2NаНСО3(тв) ↔ Nа2СО3(тв )+ СО2(г) + Н2О(п) –126 кДж (15)

С повышением температуры равновесие реакции сдвигается вправо. С точки зрения правила фаз эта система имеет одну степень свободы. Следовательно, равновесное давление газовой фазы будет зависеть только от температуры.

В практических условиях процесс кальцинации сырого технического гидрокарбоната натрия осложняется присутствием примесей и большого количества влаги, что вызывает комкование соли, ухудшает его перемешивание и процесс теплопередачи. Кроме того, при испарении влаги, представляющей собой насыщенный раствор солей, выделяется твердая фаза, которая, кристаллизуясь на стенках печи, образует плотно пристающую к поверхности стенки корку. Твердый слой соли, обладающий плохой теплопроводностью, ухудшает теплопередачу и может служить причиной прогорания стальной, обогреваемой снаружи, стенки печи. Чтобы исключить эти недостатки, сырой технический гидрокарбонат натрия перед кальцинацией смешивают с горячей содой (ретурная сода). При этом образуется новая твердая фаза – трона Nа2СО3 * NаНСО3 *2Н2О. Таким образом, гигроскопическая влага переходит при образовании троны в кристаллизационную воду. Смесь становится сухой, рассыпчатой и кальцинация такой смеси проходит без осложнений.

Исследование кинетики процесса кальцинации показывают, что разложение гидрокарбоната натрия протекает, главным образом, в тепловой области, т. е. скорость разложения зависит от скорости подвода тепла к зоне разложения, т. е. от удельной поверхности теплообмена, ее температуры и гидродинамического режима. В практических условиях в присутствии ретурной соды для полного разложения гидрокарбонатат требуется значительно более продолжительное время.

8.7.2.Технологическая схема процесса кальцинации.

На рис.8 показана технологическая схема процесса кальцинации с использованием огневых с наружным факельным обогревом печей, работающих с применением ретурной соды.

Рис. 8. Технологическая схема отделения кальцинации с ретурным питанием содовых печей:

/ — смеситель; 2 — питатель; 3 — приемник; 4 — скребковый транспортер; 5 — бункер; 6" — вакуум-фильтр; 7, //, 18, 19 — шнековые транспортеры; 8, 9 — транспортные трубы; 10 — циклон; 12 — коллектор газа содовых печей; 13—холодильник газа содовых печей; 14 — промыватель газа содовых печей; 15 — сборник слабой жидкости; 16 — элеватор; 17 — выгружной шнек; 20 — боров; 21 — газоход; 22 — содовая печь; 23 — топка

Суспензия, получаемая в колоннах и содержащая 26% осажденного NаНСО3, поступает на вакуум-фильтры 6, где осадок отделяется от маточной жидкости. Вместе с промывной водой маточник направляется в отделение дистилляции для регенерации аммиака. Воздух, прошедший через слой осадка и фильтрующую ткань, отсасывается из сепаратора фильтра вакуум-насосом через промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ), находящийся в отделении абсорбции.

Промытый сырой NаНСО3, с вакуум-фильтра подается скребковым или ленточным транспортером 4 в приемник 3 с вертикальной мешалкой, которая разрыхляет и проталкивает сырую соль в питатель 2 и далее в смесиСюда же шнековым транспортером 7 подается горячая ретурная сода в заданном соотношении. Полученная смесь поступает далее во вращающуюся барабанную содовую печь 22, где и протекает процесс кальцинации.

Готовая сода из содовой печи с помощью выгружного шнека 17 и передаточного шнека 18 передается в общий сборный шнековый транспортер 19, а затем к элеватору 16. Элеватор разгружает соду на транспортер 11, из которого с помощью распределительного шнека 9 часть соды (ретур) распределяется по содовым печам, а часть – готовая продукция – передается на склад в бункеры 15 транспортером 8.

Газ, выходящий из содовых печей при 1500С, содержит СО2, NН3, водяной пар и содовую пыль и направляется в циклон 10, где большая часть содовой пыли улавливается и передается обратно в содовую печь шнековым транспортером 7. Из циклона газ поступает в общий для всех печей газоход 12 – коллектор газа содовых печей, орошаемый внутри слабой жидкостью, которую получают при охлаждении газа в том же коллекторе до 800С и далее в холодильнике газа содовых печей 13 до 380С.

Образующийся конденсат извлекает из газа оставшуюся после циклона содовую пыль, СО2, NН3. Этот раствор, содержащий Nа2СО3, NаНСО3 и углеаммонийные соли, называют слабой жидкостью. Часть этой жидкости возвращается обратно на орошение коллектора содовых печей, а часть направляется в отделение дистилляции для отгонки СО2, NН3 и затем – на вакуум-фильтры для промывки гидрокарбоната натрия.

Коллектор газа содовых печей имеет уклон в сторону холодильника ХГСП, поэтому слабая жидкость из коллектора стекает в холодильник, орошая охлаждающие трубки и вместе с дополнительно образующимся в холодильнике 13 конденсатом стекает в сборник слабой жидкости15. В холодильнике 13 газ идет сверху вниз в межтрубное пространство, а в трубках противотоком проходит охлаждающая вода.

В ХГСП поступает также газ из ПГАБ с целью использования диоксида углерода, оставшегося в газе после аммонизации рассола. Из ХГСП газ идет для окончательной очистки и охлаждения в промыватель газа содовых печей (ПГСП) 14 скрубберного типа, в котором хордовая насадка орошается сверху водой. Скрубберную жидкость после ПГСП добавляют к слабой жидкости. Охлажденный и очищенный газ после ПГСП смешивают с газом известковых печей и подают компрессором в карбонизационные колонны.

Технологический режим отделения.

Нормальная работа вакуум-фильтров и содовых печей зависит, прежде всего, от качества кристаллов гидрокарбоната натрия. Для промывки мелкого илистого осадка требуется большой расход промывной воды, а с этим связаны большие потери NаНСО3 от растворения и разбавления фильтровой жидкости. Одновременно снижается производительность фильтров и увеличивается влажность сырого гидрокарбоната и расход тепла в процессе кальцинации; снижается производительность содовых печей и повышается способность сырой соли замазывать греющую поверхность барабана печи.

Если принять максимально возможный размер кристаллов, равный 200 мкм, то средний размер кристаллов хорошо фильтрующегося осадка будет 75 мкм.

Одним из важных показателей нормальной работы вакуум-фильтров являются потери гидрокарбоната натрия от растворения в промывной воде, составляющие н/б 3.5%. Эти потери зависят от удельного расхода промывной воды, ее температуры и состава.

Растворимость гиброкарбоната натрия увеличивается с повышением температуры. С другой стороны одновременно уменьшается вязкость промывной жидкости и маточного раствора, удаляемого из осадка при промывке. Таким образом, температура промывной воды имеет оптимальное значение не превышающее 30-400С.

Важным показателем в работе вакуум-фильтров является выход соды. Выход соды из химически чистого NаНСО3 составляет 63.1%. В присутствии влаги и и солей аммония выход снижается.

Стабильность работы вакуум-фильтров зависит от постоянства разрежения в общем коллекторе фильтров.

Показатели качества кальцинированной соды

показатель	Марка А высшей категории качества	Марка Б первой категории качества
Первый сорт	Второй сорт
Внешний вид	Гранулы белого цвета	Мелкокристаллический порошок белого цвета
Содержание, % Nа2СО3, н/м Nа2СО3 в непрокаленном продукте, н/м Хлоридов в пересчете на NаСl, н/б	99.4 98.7 0.2	99.2 98.4 0.5	99.0 97.5 0.8
Потери при прокаливании (270-3000С),%, н/б	0.7	0.8	1.5

Чем выше насыпная плотность соды, тем ниже удельные затраты на ее упаковку и перевозку. Кроме того, такая сода меньше пылит. С этой точки зрения предпочтительнее паровые кальцинаторы.

Увеличение температуры соды в огневых печах с ретурным питанием более 1600С, а в безретурных печах – более 1800С связано с повышением расхода топлива, что экономически не оправдано.

О температурном режиме содовой печи судят по удлинению барабана печи, которое зависит от температуры и длины барабана. Нормальный режим топки контролируется содержанием СО2 в топочных газах и температурой факела, которая достигает 14000С. При нормальном режиме расход условного топлива составляет 110-130 кг/т соды.

8.8.Регенерация аммиака в производстве кальцинированной соды.

8.8.1.Физико-химические основы процесса

Регенерация аммиака из фильтровой и других жидкостей содового производства осуществляется в отделении дистилляции. Обычно часть растворенного аммиака связана с диоксидом углерода, поэтому при разложении карбаматов аммония вместе с аммиаком отгоняется и возвращается в производство диоксид углерода. Гидрокарбонаты аммония гидролизуются в растворе. При этом мало растворимый диоксид углерода выделяется в газовую фазу, а хорошо растворимый аммиак остается в растворе, сдвигая равновесие реакции в сторону образования средней соли:

NН4НСО3 + Н2О ↔ NН4ОН + Н2О + СО2

NН4НСО3 + NН4ОН↔ (NН4)2СО3 + Н2О

 

2 NН4НСО3(р) ↔ (NН4)2СО3(р) + Н2О(ж) + СО2 (г) –30.4 кДж (16)

Для снижения растворимости аммиака и удаления его в газовую фазу необходимо снизить давление аммиака в газовой фазе. Для этого на содовом заводе используют водяной пар, который, барботируя через жидкость, нагревает ее и, выделяясь в газовую фазу, разбавляет газ, снижает парциальное давление аммиака, и согласно закону Генри, способствует его удалению из жидкости. Присутствие СО2 в жидкости снижает равновесное давление аммиака над жидкостью и тем самым затрудняет его отгонку. Таким образом, скорость и полнота отгонки аммиака из жидкости зависит от температуры, давления аммиака в газовой фазе и от состава жидкости.