Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 59 )

Рис. 3. Технологическая схема производства едкого натра известковым способом (отделение каустификации):

/—-силос - для извести; 2, // — сборники содового раствора; 3 — лотковый питатель; 4 — напорный сборник нормального содового раствора; 5 — сборник оаствора, полученного при растворении солей выпарки; 6 — гаситель-каустификатор; 7 — сборник промывных вод; 8— бункер недо'пала; 9— сифонное корыто; 10, 13 — каустификаторы первой и второй каустификации; 12 — отстойник; 14 — сборник слабых щелоков; /5 —барабан­ный вакуум-фильтр; 16 — напорный бак конденсата; 17 — шнековая мешалка; 18 — сборник конденсата и фильтрата; 19 — мешалка шлама; 20, 23—26, 30, 3> — насосы; 21, 28 — приемные мешалки шлама и суспензии; 22 — шестиярусный промыватель шлама; 27 — пескоуловитель; 29— ме­шалка перелива; 31 — трубчатый подогреватель; 33 — смеситель для получения нормального содового раствора

Жженую известь из силоса – хранилища 1 дозируют лотковым питателем 3 в гаситель-каустификатор 6. Одновременно с известью из напорной мешалки 4 в гаситель поступает «нормальный» содовый раствор. Напорная мешалка 4 имеет перелив, через который избыток «нормального» содового раствора сливается в мешалку перелива 29. Суспензия, содержащая NаОН, Nа2СО3, СаСО3 и избыточную известь, по сифонной трубке перетекает в сифонное корыто 9 с ситчатой корзиной, которая имеет отверстия размером 4 *4. Не прошедшие через отверстия кусочки извести и несгоревшего топлива периодически вручную выгружают из корзины в отвал.

Из сифонного корыта 9 щелочная суспензия перетекает в приемную мешалку суспензии 28, затем проходит пескоуловии насосом 26 подается в каустификатор первой каустификации 10 для более полного использования извести. Степень каустификации раствора на выходе из каустификатра 10 составляет 84%. Избыток суспензии из мешалки 28 через перелив попадает в мешалку перелива 29, смешивается с « нормальным» содовым раствором и насосом 30 перекачивается в напорный сборник 4 гасителя-каустификатора. Здесь суспензия после полуторачасового пребывания проходит пескоуловитель и центробежным насосом 25 подается в ряд параллельно работающих отстойников 12 (на схеме показан один отстойник).

Осветленный слабый щелок при температуре 800С, содержащий в среднем 130г/л NаОН, 30г/л Nа2СО3 и 11.3г/л Nа2SО4, отбирают из переливного желоба отстойника и собирают в сборнике слабых щелоков 14 и далее передают на выпарку. Шлам из отстойника 12 поступает в каустификатор 13 второй каустификации.

Для более полного использования оставшейся в шламе извести вторую каустификацию проводят при большом избытке соды (более 50%). Необходимый для создания требуемого избытка содовый раствор подают в каустификатор 13. Здесь степень каустификации раствора обычно не превышает 55%.

Для разжижения шлама в каустификатор 13 поступает осветленная жидкость со второго яруса шестиярусного промывателя шлама 22. На верхний ярус промывателя шлама 22 насосом 23 направляют суспензию из каустификатора 13. Промывка шлама в промываосуществляется конденсатом отделения выпарки и фильтратом шламовых фильтров 15, смешивающимися в сборнике 18.

Промывную воду при температуре 750С направляют через промывапротивоточно шламу снизу вверх с помощью насосов 24. С верхнего яруса промывателя промывная вода направляется в отделение выпарки для растворения солей выпарки (Nа2СО3 и Nа2SО4), выделяющихся при концентрировании слабого щелока. Промытый шлам, имеющий температуру 75-800С, поступает в сборник шлама 21 и подается в корыто барабанного вакум-фильтра 15. Отфильтрованный и промытый конденсатом шлам срезают с поверхности фильтра в шнековую мешалку 17; сюда же одновременно подают воду для разбавления шлама и через сборник-мешалку шлама 19 насосом 20 откачивают на «белое море».

Сборники 2, 5 и 7 служат для хранения содового раствора, получаемого при растворении солей выпарки и промывных вод соответственно. Дозируя указанные растворы в смесиполучают «нормальный» содовый раствор, который насосом 32 перекачивают через подогревав напорный сборник «нормального» содового раствора 4.

9.1.2.2.Отделение выпарки

Концентрирование полученных слабых щелоков проводят обычно в две стадии. Первая стадия выпарки осуществляется в типовой прямоточной трехкорпусной вакуум-выпарной установке, схема которой достаточно хорошо известна. Выпаривание щелоков проводят с помощью водяного пара с различными параметрами. Так, в приводимой ниже схеме подогреватель и первый по ходу раствора выпарной аппарат обогревают насыщенным водяным паром давлением 980кПа. Концентрация едкого натра в аппарате возрастает от 130 до 200г/л. Такой раствор переходить во второй корпус, а из второго в третий, работающий под вакуумом около 80 кПа. Обогрев второго и третьего корпусов осуществляют вторичным паром предыдущего корпуса. Концентрация едкого натра на выходе из третьего корпуса составляет 610-660г/л.

Выделяющийся при концентрировании NаОН карбонат и сульфат натрия отделяют от раствора в отстойнике средних щелоков. Осветленный раствор направляют в сборник средних щелоков, а шлам на вакуум-фильтры. Фильтрат возвращается в отстойник средних щелоков, а осадок с фильтра поступает в растворитель солей выпарки и далее на каустификацию.

Осветленный раствор в сборнике средних щелоков представляет собой товарный продукт. При выпуске твердого NаОН жидкая каустическая сода поступает на вторую стадию выпарки, где ее концентрация возрастает до 1000-1200 г/л NаОН. Для выпуска твердого плавленного и чешуированного едкого натра «крепкий» щелок подвергается дальнейшему обезвоживанию.

Технологический режим

Для обеспечения нормальной работы технологический режим строго регламентирован.

При подаче жидкой каустической соды на плавку ее состав должен быть следующим (г/л): 1000-1200 NаОН, 20-25 Nа2СО3, 10-15NаСl. При нормальной работе всех отделений цеха каустической соды расход кальцинированной соды, содержащей 99% Nа2СО3, на 1 т 92% NаОН составляет 1295 кг против теоретического расхода, равного 1231.3 кг. Расход СаО в пересчете на 85% стандартную известь составляет 1000 кг против теоретического расхода, равного 757.7 кг. Известь теряется с промытым шламом и расходуется на образование дополнительного количества едкого натра, участвующего в разложении NаНСО3 –120 кг, неучтенные потери составляют 111.3 кг.

9.2.Электролитический способ производства едкого натра.

В хлорной промышленности для производства едкого натра (едкого калия) и хлора электролизом водных растворов NаСl (КСl) по суммарной реакции

2NаСl + 2Н2О → 2NаОН + Сl2 +Н2 (4)

применяют три способа: диафрагменный электролиз (с твердым катодом), ртутный (катодом является ртуть) и мембранный способ, в котором вместо диафрагмы применяется катионо-или анаионообменная мембрана.

Сырьем для электролитического производства щелочи и хлора являются водные растворы NаСl. Известковое молоко, используемое на содовых заводах, на хлорных заводах заменяют раствором каустической соды (католит), поэтому метод очистки носит название содово-каустический.

9.2.1Физико-химические основы процесса.

Каждый их указанных способов отличается реакциями, протекающими на католитах. В диафрагменном способе на твердом катоде происходит разряд ионов водорода с образованием в электролите щелочи, содержащей остаточные количества NаСl. В анодное пространство подается горячий очищенный рассол и отводится образующийся хлоргаз. Движение рассола из анодного пространства в катодное происходит за счет разностей уровней анолита и католита.

Катодный процесс. При электролизе водного раствора хлорида натрия на твердом, например, железном катоде, выделяется водород и в католите образуется щелочь

2Н2О +2е →Н2 +2ОН - (5)

Различные ионы разряжаются при различных значениях потенциала. Это свойство ионов и позволяет использовать электролиз для разделения смесей веществ. Минимальный потенциал электорода, необходимый для разряда данного иона при концентрации его в растворе, равном 1экв/л, называют нормальным электродным потенциалом и обозначают через Е0. Для многих ионов значения Е0 известны и приводятся в справочной литературе.

В практических условиях разряд ионов на электродах происходит при более высоких значениях потенциала, чем теоретическое. Разность между значениями действительного и обратимого электродного потенциала называется поляризацией, которая возрастает с увеличением плотности тока.

Лимитирующей стадией процесса электролиза может быть стадия разряда ионов – торможение процесса за счет электрохимической стадии (возникающее при протекании тока), что приводит к появлению перенапряжения – поляризации. На поляризацию в этом случае влияет изменение условий ведения электролиза. Так, например, для уменьшения поляризации выделения водорода железный катод покрывают никелем или кобальтом (катализатором), снижающим потенциал выделения водорода.

Разряд ионов натрия на стальном катоде не происходит вследствие высокого отрицательного значения стандартного потенциала реакции.

Nа+ +е → Nа, равного –2.714В.

Анодный процесс. Кроме основного процесса, протекающего на аноде

2Сl - –2е → Сl2,

в анодном пространстве электролизера протекает ряд побочных реакций, уменьшающих выход по току, например, разряд гидроксил-ионов с выделением кислорода 4ОН - – 4е→О2 +Н2О

Хлор, выделяющийся на аноде, частично растворяется в электролите, взаимодействуя с водой в соответствии с реакциями

Сl2 + Н2О↔НСlО +НСl, Сl2 + ОН-↔НСlО +Сl-

Образование свободной хлорноватистой кислоты в концентрированных водных растворах NаСl практически не изменяет ионного состава раствора вблизи анода вследствие слабой диссоциации этой кислоты, а, следовательно, не влияет и на процесс электролиза.

На окисление ионов СlО- на аноде до СlО3- расходуется значительная доля тока, следовательно, указанные процессы являются нежелательными. Таким образом, выход по току продукта, обозначаемый обычно А, будет зависеть от тщательности разделения катодных и анодных продуктов. Кроме того, выход по току зависит от концентрации едкого натра в католите, от растворимости хлора в анолите, а последняя связана с концентрацией NаСl: чем выше концентрация NаСl в анолите, тем ниже растворимость хлора. Растворимость хлора в водных растворах концентрацией NаСl снижается также с повышением температуры. Этим и объясняется стремление направить на электролиз практически насыщенный водный раствор концентрацией NаСl и вести процесс при температуре 85-900С. Выход хлора и щелочи по току в этих условиях составляет 92-96%.