48) Карбонизация содового раствора.
Физико-химические основы процесса карбонизации:
Карбонизация содового раствора является основной стадией производства бикарбоната натрия.
Процесс карбонизации осуществляется в карбонизационных колоннах по принципу противотока жидкости и газа: в верхнюю часть колонны поступает содовый раствор, в нижнюю – углекислый газ. При строгом соблюдении параметров процесса создаются очень благоприятные условия для поглощения CO2 содовым раствором. По мере поглощения CO2 газ обедняется н при удалении из верхней части колонны в атмосферу содержание CO2 в нем составляет 15-16 %. Полнота поглощения двуокиси углерода определяется продолжительностью соприкосновения ее с жидкостью и зависит от конструкции карбонизационной колонны. Жидкость вместе с осадком бикарбоната натрия из нижней части колонны поступает на декантацию и далее на центрифугирование.
Процесс карбонизации содового раствора характеризуется следующей основной реакцией:
Реакция эта обратима и протекает с выделением тепла; скорость течения ее зависит от концентрации Na2CO3, температуры и парциального давления CO2.
Образующийся бикарбонат натрия вследствие ограниченной растворимости и насыщения раствора выпадает в осадок.
Процесс карбонизации содового раствора является сложным и зависит от многих факторов (температуры, давления, концентрации раствора и газа и т. п.).
Скорость поглощения CO2 содовым раствором определяется скоростью диффузии газа в жидкость через образующуюся на ее поверхности газовую пленку. В свою очередь скорость диффузии CO2 через газовую пленку зависит от парциального давления двуокиси углерода, которое значительно изменяется по мере прохождения газа через колонну (от 600 до 100 мм рт. ст.).
Количество CO2, поглощенное содовым раствором в колонне, зависит не только от скорости поглощения, но и от величины поверхности, через которую происходит диффузия.
49) Аппаратура и режим работы отделения карбонизации.
Аппаратура:
Карбонизационная колонна (КЛ) – основной аппарат отделения карбонизации. Типовая колонна представляет собой цилиндрическую пустотелую колонну диаметром до 3 м и высотой до 27 м, состоящую из ряда чугунных бочек или царг. Сверху в колонну поступает из ПГКЛ-1 подлежащий карбонизации раствор, а снизу и в середине через штуцера – диоксид углерода. При работе колонна заполнена раствором до определенного постоянного уровня. Поэтому объем поступающего в колонну раствора соответствует объему отбираемой из колонны суспензии.
Первый промыватель газа колонн ПГКЛ-1 служит для промывки газа после осадительных колонн с целью извлечения из него CO2. Он представляет собой цилиндрическую пустотелую колонну, состоящую из ряда чугунных бочек диаметром 2800 мм. Центральная часть колонны заполнена насадкой (керамические кольца 150х150 мм)‚ расположенной между двумя секциями на колосниковых решетках. Общая высота насадки 17 м.
Газлифт. Выходящую из КЛПК жидкость можно поднять на высоту, соответствующую давлению столба этой жидкости в колонне. Этого давления, однако, может не хватить, если жидкость охлаждается до ПГКЛ-1 и, следовательно, подается на холодильник. В этом случае может быть использован газлифт.
Если поднимаемую жидкость пронизать пузырьками газа, то полученная эмульсия в целом будет легче, чем сама жидкость. Чем больше будет прогазована жидкость, тем на большую высоту ее можно поднять давлением столба жидкости в колонне. На зтом принципе и основано устройство газлифта. Жидкость из КЛПК входит в него снизу по трубе и выходит сверху. Сжатый газ подается по трубе в кожух газлифта, откуда через большое число отверстий попадает в трубу, где и смешивается с жидкостью, образуя эмульсию. В качестве сжатого газа применяют газ известковых печей. Следовательно, при подъеме жидкости одновременно протекает ее дальнейшая предварительная карбонизация.
Сборники фильтровой жидкости. Маточная жидкость, после отделения осажденного на вакуум-фильтре NaHCO3 и его промывки, называемая фильтровой жидкостью, поступает в сборник, который служит буферной емкостью между отделениями карбонизации и дистилляции, выравнивая возможные небольшие колебания объемов жидкости, поступающей из отделения карбонизации и перерабатываемой в смежном отделении дистилляции. При нормальной работе системы эти объемы должны быть одинаковыми.
Сборник рассчитан обычно на трехчасовое количество фильтровой жидкости. Уровень жидкости в нем строго контролируется. Изменение уровня предупреждает об отсутствии согласованной работы отделений карбонизации и дистилляции.
Нормы технологического режима работы и контрольные показатели процесса отделения карбонизации:
КЛПК
-
Жидкость на выходе:
плотность (отн.)
прямой титр, н. д.
содержание, н. д.:
Сl-, не ниже
общего NH3
связанного СО2
температура, °С
1,18-1,19
98-102
89
98-101
55-60
40-44
Газ на входе:
содержание СO2, % (об.):
при обжиге мела
при обжиге известняка
избыточное давление, кПа, (кгс/см2), не более
температура, °С
32-35
38-40
265 (2,7)
30-40
Газ на выходе:
содержание СO2, % (об.)
избыточное давление, кПа (мм рт. ст.)
температура, °С
4-5
18,6 (140)
40-45
ПГКЛ-1
-
Жидкость на выходе:
плотность (отн.)
прямой титр, н. д.
содержание, н. д.:
Сl-, не менее
общего NH3
связанного СO2
температура, °С
1,19-1,193
98-101
89
97-100
60-70
42-44
Газ на входе:
содержание СO2, % (об.)
избыточное давление, кПа (мм рт. ст.)
температура, °С
10-12
21,3 (160)
35
Газ на выходе:
содержание СO2, % (об.)
температура, °С
5-7
36-40
КЛ
-
Жидкость на выходе:
плотность (отн.)
прямой титр, н. д.
содержание, н. д.:
Сl-, не менее
общего NH3
связанного СO2
связанного NH3
температура, °С, не выше
1,12-1,13
23-27
95
92-96
34-38
70-72
30
Газ первого ввода:
содержание СO2, % (об.)
избыточное давление, кПа (кгс/см2), не более
температура, °С
70-80
265 (2,7)
30-40
Газ второго ввода:
содержание СO2, % (об.)
избыточное давление, кПа (кгс/см2), не более
температура, °С
32-35 или 38-40
147 (1,5)
30-40
Газ на выходе:
содержание СO2, % (об.)
избыточное давление, кПа (мм рт. ст.)
температура, °С
10-12
21,3 (160)
48-52
Зона завязки кристаллов NaHCO3:
температура, °С
63-65
Вода на выходе из холодильников:
содержание общего NH3
Температура, °С
Отсутствие
35-45