1495

Рис. 1.17. Схема конверсии мирабилита

меси в виде фугата после фильтрации мирабилита. Способ обеспе­

Для получения сульфата натрия из мирабилита путем плавле­ ния— выпаривания для выпарки используют высокоэффективные ап­ параты погружного горения (АПГ). В этом процессе испарение воды происходит при контакте с горячими газами, образующимися за счет сжигания газообразного или жидкого топлива в специальных горел­ ках. Отсутствие теплопередающих стенок обеспечивает постоянство коэффициентов теплопередачи, а большая площадь соприкосновения теплоносителя и выпариваемого раствора — высокие скорости испа­ рения жидкости.

АПГ поддерживают температуру отходящих паров и газов в пре­ делах 75—90° С и обеспечивают возможность применения низкосорт­ ного топлива.

Согласно технологии (рис. 1.18), горячие растворы мирабилита из плавителя 1 подают в аппараты погружного горения 2, в которые вместо горючего материала направляют газы, отходящие из сушиль­ ного барабана. При этом одновременно обеспечивается: утилизация теплоты отходящих газов, улавливание уносимого сульфата натрия и очистка выбросов, получение более концентрированной суспензии для дальнейшего упаривания. Температура греющих газов на входе 260—280° С, а на выходе — 65—70° С. Из аппаратов ПГ 2 суспензия

31

ставляет 31,9%, а эвтонический раствор содержит 23,89% хлорида натрия и всего 5,17% сульфата натрия.

Таким образом, добавление к растворам сульфата натрия NaCl приводит к кристаллизации сульфата натрия, что позволяет получить в безводном виде значительную долю сульфата. После отделения су­ льфата натрия отстаиванием и фильтрованием остающийся маточный раствор может быть подвергнут выпариванию для кристаллизации из него NaCl, возвращаемого на высаливание. Отфильтрованный суль­ фат натрия для удаления из него примеси хлорида натрия промыва­ ют насыщенным раствором сульфата натрия (в 1,5-кратном количест­ ве к твердой фазе).

На рис. 1.20 приведена схема получения сульфата натрия выса­ ливанием его из мирабилита хлоридом натрия. Исходный мираби­ лит подогревается в шнековом плавителе 1, в котором процесс плавления происходит за счет теплоты циркулирующих растворов через кожухотрубный теплообменник 3, питаемый паром низкого давления. Расплавленная суспензия (насыщенный рассол) поступает в сгуститель 2, из которого сгущенную часть направляют на раз­ деление в центрифугу 4. Маточные растворы (жидкую фазу) час­ тично используют в качестве теплоносителя в процессе плавления, а часть направляют на вторую стадию процесса высаливания. На этой стадии происходит растворение оставшегося твердого хлорида натрия, разбавление и вытеснение высокохлоридного маточного раствора, поступающего в смеси с твердой фазой. Для проведения первой стадии применяют шнековый смеситель, для второй — вер­ тикальный аппарат, работающий в режиме противотока.

Химическая технология неорганических веществ, кн. I

Номограмма, связывающая степень высаливания безводного суль­ фата натрия при 60° С из его водного насыщенного раствора раствора­ ми гидроксида натрия различной концентрации, представлена на рис. 1.21. При смешении 0,4— 1 объема 40—50%-ного раствора гидро­ ксида натрия с 1 объемом насыщенного раствора сульфата натрия сте­ пень высаливания безводного сульфата составляет 85—90%, а раствор после отделения осадка сульфата содержит 20—25% NaOH и 2,5—5% Na2S04. Конечную жидкую фазу для ее возврата в процесс упаривают.

В процессе непосредственного смешения исходного мирабилита с раствором гидроксида натрия образуется тонкодисперсный (а<100 мкм) труднофильтруемый продукт. Это связано со значительным пе­ ресыщением раствора. С целью получения более крупных кристал­ лов процессы плавления мирабилита и высаливания сульфата натрия из раствора исходный гидроксид натрия вводят медленно и при ин-

,V

Объем раствора NaOH, дм3/дм3 исходного раствора

Рис. 1.21. Зависимость степени высаливания сульфата натрия от концентрации

гидроксида натрия

тенсивном перемешивании. Более крупные кристаллы получают при 70—80° С. Для этого в растворы вводят затравочные кристаллы. Полу­ чаемые в центрифугах кристаллы промывают плавильным раствором.

Содержащиеся в исходном мирабилите примеси соединений маг­ ния, сесквиоксидов, кремневой кислоты и другие в растворе гидро­ ксида натрия образуют гелеобразные осадки, которые затрудняют процессы отстоя и фильтрации. С целью исключения этого явления примеси должны быть отделены до процесса высаливания.

Разработан также способ высаливания сульфата натрия из его растворов применением аммиака (тригидрида азота). При этом рас­ ход теплоты в два раза меньше, чем в процессе плавления мираби­ лита и выпаривании воды из образующегося раствора.

Растворимость сульфата натрия в водных растворах аммиака силь­ но уменьшается. В результате в процессе взаимодействия регенериро­ ванной аммиачно-паровой смеси температурой 60° С и мирабилитом температурой 10° С выход сульфата натрия достигает 90—95% без до­ полнительного нагревания или охлаждения реакционной массы.

Разработаны способы вытеснения сульфата натрия из его насыщен­ ных растворов с применением органических растворителей, например этанола, метанола, пропилового спирта или ацетона. Способ состоит в пропускании паров спирта через слой мирабилита, при котором по­ следний плавится и из расплава выделяется кристаллический продукт.

В процессе переработки 1 т мирабилита теоретического состава необ­ ходимо выпарить 0,559 т воды, на что обычными методами затрачивается 0,3 Гкал. В процессе смешения жидкой фазы, остающейся после плавления мирабилита с 0,3 т этилового спирта, и последующем отделении твердой фазы и дистилляции водно-спиртового раствора для возврата осадителя в процесс требуется затратить всего 0,064 Гкал. Кроме того, при этом улуч­ шается качество целевого продукта, так как спирт не вносит примесей, а также резко уменьшается инкрустация поверхности выпарных аппаратов.

Сульфат натрия получают в качестве побочного продукта в про­ изводстве хлороводородной кислоты. Наиболее качественный сульфат натрия получают из отходов осадительных ванн производства виско­ зы и целлофана. В производстве синтетических жирных кислот полу­ чают сульфат натрия с высоким содержанием основного вещества.

1.5.ФОСФАТЫ НАТРИЯ

Кфосфатам натрия относят ортофосфаты, пирофосфаты (дифос­ фаты) и конденсированные фосфаты натрия. Они представляют крис­ таллические или стеклообразные вещества, хорошо растворимые в

воде, образуют кристаллогидраты (табл. 1.8, 1.9 и рис. 1.22) Пирофосфат натрия N a^O ? полиморфен, тригидрофосфат натрия

№НзРг07, дигидрофосфат натрия ЫазНгРгСЬ и гидропирофосфаты

36

Пр и ме ч а н и е . I— соль Маддрела; П — соль Курроля А; Ш— соль Курроля В.

Моно- и динатрийфосфаты применяют для пропитки тканей и де­ рева для придания им огнестойкости. При повышенных температурах они разлагаются:

2NaH2P04= Na2H2P20 7+ Н20

2Na2HP04-12Н20 = Na4P20 7+ 25Н20

Образующиеся при этом пиро- и конденсированные фосфаты яв­ ляются легкоплавкими веществами, покрывающими нагреваемую по­ верхность тонкой пленкой, защищающей ее от воспламенения.

Согласно ГОСТ 451—41, качеству динатрийфосфата предъявляют­ ся требования, представленные в табл. 1.10.

Т а б л и ц а 1.10. Требования к качеству гидрофосфата натрия (содержание

Технология фосфатов натрия. В производстве фосфатов натрия для получения более чистого продукта применяют термическую фос­ форную кислоту. На некоторых заводах разработаны и применяются способы получения чистых солей из фосфорной кислоты при разло­ жении фосфатов серной кислотой, а также из суперфосфата.

Дигидроортофосфат получают нейтрализацией 25%-ной фосфор­ ной кислоты раствором карбоната натрия:

2Н3Р04+ Na2C03= 2NaH2P04+ Н20 + С 02

Образующиеся растворы фильтруют и выпаривают до плотности 1,5 г/см3 Из более концентрированных растворов может быть выкри­ сталлизован моногидрат дигидроортофосфата натрия (NaH2P 04-H20). Поэтому при использовании кислоты, содержащей выше 40% Н3Р04. исходные виды сырья вводят в реактор-нейтрализатор попеременно. В начале процесса нейтрализации кислоты карбонатом натрия получают

40