Отделение карбонизации

Физико-химические основы карбонизации.

На стадии карбонизации протекают абсорбция диоксида углерода аммонизированным рассолом и осаждение образующегося гидрокарбоната натрия:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃ + NH₄Cl.

Основной задачей отделения является донасытить аммонизированный раствор диоксидом углерода, обеспечить условия для образования кристаллов гидрокарбоната натрия необходимой формы.

Донасыщение происходит в КЛПК, ПГКЛ-1 и КЛ, а кристаллообразование в КЛ.

Основная сложность ведения данного процесса заключается в правильном сочетании условий его проведения. На процесс в первую очередь влияет температура. Ее влияние является особенно важным на процесс формирования и роста кристаллов. Структура кристаллов оказывает влияние на качество получаемого продукта.

В карбоколонне начинается процесс зарождения кристаллов и их последующий рост. Очень важно получить кристаллы необходимой формы. Возможно получить два типа кристаллов:

1. крупные монолитные кристаллы – «бочки»;

2. сросшиеся мелкие кристаллы – «друзы».

Необходимо получить кристаллы типа «бочка», так как в последующем суспензия из карбонизационной колонны направляется в отделение фильтрации, где разделяется жидкая и твердая фазы, а также производится промывка осадка (кристаллов) от маточного раствора, который содержит хлориды. Сросшиеся кристаллы («друзы») плохо отмываются от маточника и удерживают много влаги, что будет влиять на качество конечного продукта, а именно на содержание в нем хлоридов, которых в пересчете на NaCl должно быть не более 0,4 % мас.

Для получения кристаллов типа «бочка», температур в верхней и средней части карбонизационной колонны должна быть на уровне 60 ^оС, затем понижаться до 30 ^оС в нижней ее части. Для поддержания данного температурного режима нижняя часть карбонизационной колонны составлена из теплообменных элементов.

Характеристиками процесса карбонизации являются степень использования натрия и степень карбонизации:

,

где U – степень использования натрия, %;

[Х_св] – концентрация связанного аммиака, н.д.;

[Cl^–] – концентрация хлоридов, н.д.

,

где R – степень карбонизации, %;

Z – содержание СО₂ в жидкой фазе, н.д.;

X_общ – содержание общего аммиака, н.д.

Степень карбонизации характеризует на сколько полно рассол насыщен диоксидом углерода, а степень использования натрия показывает на сколько полно прошла реакция с образованием гидрокарбоната натрия. По практическим данным степень использования натрия находится на уровне 75 %. Чем выше степень карбонизации, тем выше степень использования натрия.

Для достижения максимально высокой степени карбонизации, СО₂ подают двумя потоками:

1. в нижнюю часть – смешанный газ из отделений кальцинации и обжига с содержанием СО₂ 75-80 % (так называемый газ 1-го ввода);

2. в среднюю часть – газ из отделения обжига карбонатного сырья с содержанием СО₂ 35-40 % (так называемый газ 2-го ввода).

Технологическая схема отделения карбонизации.

Схема представлена на рисунке.

Аммонизированный рассол из отделения аммонизации с содержанием NH₃ - порядка 105 н.д., СО₂ – порядка 40 н.д. последовательно проходит КЛПК,

повышая концентрацию диоксида углерода до 60 н.д., ПГКЛ-1, повышая концентрацию до 72 н.д. При поглощении диоксида углерода повышается температура, что повышает давление аммиака над раствором и усиливает его выдувание из раствора карбонизирующим газом. Для снижения температуры предусмотрен холодильник АТ.

Называют: КЛПК – промывная колонна; КЛ – осадительная колонна.

Далее жидкая фаза поступает в карбонизационную колонну КЛ, где происходит ее донасыщение диоксидом углерода за счет газов 1-го и 2-го ввода. При подаче в нижнюю часть осадительных колонн КЛ концентрированного газа (газ 1-го ввода) получают раствор с высокой степенью карбонизации и этим достигают высокой степени использования натрия. Отработанный газ после КЛ и КЛПК соединяется, проходит ПГКЛ-1 и направляется в отделение аммонизации в ПГКЛ-2. Образовавшаяся суспензия гидрокарбоната натрия подается в отделение фильтрации.

КЛПК и КЛ – аппараты одинаковой конструкции, но работающие в разных режимах. КЛ, проработав 3-4 суток, ставится на промывку, так как внутренняя ее часть (обечайка и массообменные элементы) покрываются коркой из бикарбоната натрия, что ухудшает процесс. Тогда КЛ переводят в режим КЛПК, то есть ставят на промывку. Промывку осуществляют свежим аммонизированным рассолом. При этом протекает реакция с образованием карбоната натрия и карбоната аммония. Промывка осуществляется за счет того, что растворимость образовавшегося карбоната натрия выше, чем у бикарбоната. В режиме промывки карбоколонна работает порядка 20 часов. В процессе промывки в КЛПК поглощается порядка 15 % диоксида углерода.

Оборудование.

Карбоколонна. Является основным аппаратом отделения карбонизации и представляет собой цилиндрическую пустотелую емкость диаметром до 3 м и высотой 27 м, состоящую из ряда чугунных царг. Колонна заполнена раствором на 2/3 и этот уровень поддерживается, поэтому объем поступающего в колонну раствора будет соответствовать объему отбираемой суспензии. Пузырьки газа, распределенные в жидкости занимают 30-35 % рабочего объема колонны.

ПГКЛ-1. Представляет собой аппарат скрубберного типа, пустотелую цилиндрическую колонну, состоящую из ряда чугунных царг диаметром 2,8 м. Колонна заполнена керамической насадкой, расположенной двумя секциями на колосниковых решетках. Общая высота насадки составляет 17 м.