27) Физико-химические основы процесса карбонизации и кристаллизации бикарбоната натрия.

Физико-химические основы процесса карбонизации бикарбоната натрия:

Карбонизация аммонизированного рассола, т. е. насыщение его углекислым газом, производится в карбонизационных колоннах на станции карбонизации. В результате карбонизации аммонизированного рассола образуется бикарбонат натрия, выделяющийся в виде кристаллического осадка.

Основная реакция, протекающая на станции карбонизации, схематически может быть выражена уравнением

или

Эта реакция обратима, и поваренная соль аммонизированного рассола не полностью превращается в бикарбонат натрия. Степень использования натрия поваренной соли в процессе карбонизации зависит от температуры, давления CO₂ и концентрации NaCl и NH₃ в растворе.

Физико-химические основы процесса кристаллизации бикарбоната натрия:

Скорость кристаллизации бикарбоната натрия зависит от скорости поглощения СО₂, т. е. от скорости образования в растворе бикарбоната натрия, выделяющегося затем в виде осадка.

На скорость кристаллизации влияет также скорость охлаждения раствора, поскольку при понижении температуры растворимость бикарбоната натрия уменьшается и часть его выпадает из раствора в осадок. Очень часто причиной образования плохого бикарбоната является резкое охлаждение раствора.

Для получения крупных кристаллов бикарбоната натрия необходимо поддерживать высокую температуру (60—70°) при карбонизации в зоне «завязки» и в начальный период роста кристаллов и равномерно охлаждать карбонизуемую в дальнейшем суспензию.

28) Оптимальные условия процесса карбонизации [аммонизированного рассола].

Карбонизация аммонизированного рассола заключается в насыщении аммонизированного рассола СО₂ с образованием NaHCO₃ в виде суспензии. Процесс карбонизации является основным в производстве кальцинированной соды и заключается в обработке аммонизированного рассола СО₂ с образованием полупродукта – кристаллического гидрокарбоната натрия:

Оптимальные условия:

1) Температура суспензии 32 °С – для обеспечения получения качественных кристаллов NaHCO₃;

2) Соотношение между NH₃ и CO₂ поддерживается около (1,12-1,18):1 из-за выдувания NH₃;

3) Повышение температуры в зоне завязки кристаллов до 68 °С приводит к уменьшению перенасыщения раствора.

2 9) Технологическая схема отделения карбонизации.

Процесс карбонизации ведут ступенчато. Вначале аммонизированый рассол, частично насыщенный в отделении абсорбции СО₂, обрабатывают газом известковых печей в колоне предварительной карбонизации (КЛПК). Затем в первом промывателе газа колонн (ПГКЛ-1) газами, отходящими из осадительных колонн (КЛ) и, наконец, в осадительных колоннах, нижней части которых вводят смешанный газ 65-75 % СО₂, а в среднюю часть газ известково-обжигательных печей. Внутренняя поверхность карбонизационной колонны покрывается постепенно коркой ΝаНСО₃, кристаллизующегося из раствора. Слой осадка растет, уменьшая тем самым сечение для прохода жидкости и газа. При сильном засорении возможно «зависание» жидкости. Если отложение кристаллов на охлаждающей поверхности приводит к нарушению теплообмена, то необходимо проводить промывку колонны. Эта операция проводится периодически, но не до полного растворения ΝаНСО₃, поскольку возможно загрязнение соды оксидом железа, образующимся за счет коррозии аппаратуры.

Промывка ведется аммонизированным рассолом из отделения абсорбции. Рассол содержит свободный аммиак, который взаимодействует с ΝаНСО₃, переводя его в хорошо растворимый карбонат натрия.

Отделение карбонизации комплектуется сериями колонн. В состав серии входят осадительные колонны, первый промыватель газа колонн и теплообменник. Периодически каждая из осадительных карбонизационных колонн выполняет функцию колонны предварительной карбонизации.

Рис. 33. Технологическая схема отделения карбонизации:

1 – колонна предварительной карбонизации; 2 – первый промыватель газа колонн;

3 – осадительная карбонизационная колонна; 4 – насос; 5 – холодильник;

6 – трубопровод для подачи смешанного газа; 7 – трубопровод для подачи газа содовых печей.

Аммонизированный рассол из сборника центробежным насосом подают в верхнюю часть промывной колонны предварительной карбонизации (КЛПК). На схеме на рис. 33 промывной колонной служит карбонизационная колонна 1. В ее нижнюю часть компрессором подают газ известковых печей. Проходя через КЛПК, аммонизированный рассол растворяет осевший на внутренних поверхностях колонны гидрокарбонат натрия и поглощает СО₂ из газа. Для охлаждения жидкости в холодильники промывной колонны подают охлаждающую воду.

Раствор, вышедший из КЛПК и содержащий не более 60 н. д. СО₂, обычно самотеком, а иногда с помощью центробежного насоса или газлифта подают в первый промыватель газа колонн 2, в нижнюю часть которого поступает газ из осадительных колонн 7 и из КЛПК. Колонны группируют в серии по 4-5 штук. Каждая колонна серии через 3-4 сут попеременно работает в качестве промывной колонны.

В первый промыватель газа колонн (ПГКЛ-1) раствор дополнительно поглощает CO₂ из газа после осадительных колонн, причем среднее содержание CO₂ в растворе становится около 70 н. д., поступает в сборник (на рис. 33 не показан), а затем центробежным насосом 9 распределяется по четырем осадительным колоннам 3.

Для охлаждения жидкости в схеме предусматривают холодильник 5, устанавливаемый до или после ПГКЛ-1. Преимущество охлаждения жидкости до ПГКЛ-1 заключается в уменьшении уноса аммиака из промывателя, а недостаток – в снижении скорости поглощения и степени извлечения СO₂ из газа осадительных колонн. Газ из ПГКЛ-1 уходит через брызгоуловитель в отделение абсорбции и поступает во второй промыватель газа колонн для улавливания аммиака.

Диоксид углерода подают в осадительные колонны из содовых и известковых печей. По мере поглощения диоксида углерода в колонне равновесное давление CO₂ над раствором увеличивается. Поэтому для сохранения движущей силы абсорбции на достаточно высоком уровне в нижнюю часть колонны, где жидкость наиболее насыщена CO₂, компрессором подают газ, содержащий 70-80% CO₂. Последний получают смешением газа содовых печей (87-91% CO₂) с газом известковых печей (35-40% CO₂).

При подаче в нижнюю часть осадительных колонн концентрированного газа (газ первого ввода) получают раствор с высокой степенью карбонизации и тем самым достигают более высокой степени использования натрия. Оставшуюся часть газа известковых печей подают другим компрессором через второй ввод, расположенный над царгами с охлаждающими трубами (на содовых предприятиях их называют холодильными бочками) рабочих колонн, где жидкость менее насыщена CO₂ и концентрация диоксида углерода в газе, идущем снизу по колонне, приближается к концентрации CO₂ газа известковых печей.

Подача части газа через второй ввод, где сопротивление столба жидкости в колонне меньше, снижает расход энергии на сжатие газа. Кроме того, уменьшение количества газа в нижней части колонны, где проходит густая суспензия, содержащая на выходе из колонны до 26 % (масс.) осажденного NaHCO₃, снижает возможность подвисания в колонне.

Для охлаждения карбонизуемого раствора нижнюю часть колонны составляют из охлаждающих элементов. В трубках холодильников снизу последовательно проходит охлаждающая вода. Охлажденная суспензия выводится снизу осадительных колонн и самотеком под давлением столба жидкости в колонне поступает в распределительный желоб, а оттуда – на вакуум-фильтры для отделения осажденного гидрокарбоната натрия от маточной жидкости.