Технология производства кальцинированной соды
Сырье и вспомогательные материалы, применяемые в производстве кальцинированной соды
Основным сырьем для производства кальцинированной соды являются мел или известняк и раствор поваренной соли. Аммиак служит важнейшим вспомогательным веществом, в состав готовой соды он не входит.
Помимо сырья, для производства кальцинированной соды расходуют топливо, воду, пар и электроэнергию.
Необходимые для производства соды углекислый газ и известь получают из углекислого кальция.
В содовом производстве в качестве сырья, содержащего СаСО3 и называемого карбонатным сырьем, применяют
известняк или мел.
Известняк – твердая и плотная горная порода удельный вес 2,4-2,9 г/см3; мел – мягкая и пористая порода удельный вес 1,8-2,0 г/см3. Из-за значительной пористости содержание влаги в меле доходит до 20%. В известняке и меле содержатся примеси: двуокись кремния – SiO2, окислы железа Fe2O3, окислы
алюминия AI2O3, сернокислый кальций CaSO4, углекислый магний MgCO3 и др.
Большая часть этих примесей отрицательно влияет на процесс обжига и на качество получаемой извести.
Поваренная соль
Поваренная соль, или хлористый натрий NaCI, представляет собой твердое кристаллическое вещество.
На производство 1 т кальцинированной соды расходуется около 1,5 т поваренной соли. Поэтому содовые заводы располагают вблизи соляных месторождений.
Впроизводстве соды аммиачным способом применяют не твердую соль, а рассол, стоимость добычи которого путем выщелачивания соли во много раз ниже стоимости добычи твердой соли. На содовых заводах к рассолу предъявляются определенные требования. Рассол должен быть концентрированным, с содержанием хлористого натрия 306-310 г/л. Если рассол содержит меньше хлористого натрия, его подвергают донасыщению, растворяя в нем твердую соль. Работать с разбавленными рассолами экономически невыгодно, так как при этом снижается производительность аппаратов, увеличивается расход пара, возрастает потери аммиака и т.п.
Врассоле и твердой соли содержатся в виде примесей различные соли кальция и магния. Соли кальция и магния при насыщении рассола аммиаком и СО2 выпадают в осадок и загрязняют аппаратуру, трубопроводы и готовую
соду. Поэтому рассол подвергают предварительной очистке.
Аммиак
Химическая формула аммиака - NH3, молекулярный вес 17,03.
В обычных условиях аммиак – бесцветный газ с резким запахом; действует раздражающе на слизистые оболочки.
Аммиак хорошо растворяется в воде и соляном растворе; при этом выделяется тепло.
Водный раствор аммиака называют аммиачной водой. Содовые заводы применяют аммиачную воду, получаемую с
заводов синтетического аммиака. Содержание аммиака в синтетической аммиачной воде установлено по ГОСТ 9-87; для первого сорта не менее 25%; для второго сорта не менее 20%.
Большинство содовых заводов работает на каменноугольной аммиачной воде, являющейся побочным продуктом коксохимического производства.
Топливо
В производстве кальцинированной соды топливо применяют в известковых печах при получении извести и в содовых печах при кальцинации бикарбоната натрия.
Для обжига карбонатного сырья в шахтных известковых печах требуется топливо с малым содержанием летучих примесей (кокс и антрацит), так как они, выделяясь в верхней зоне печи, не могут сгорать из-за отсутствия в этой зоне кислорода, уходят из печи вместе с диоксидом углерода и загрязняют трубопроводы, аппараты и компрессоры. Наилучшим в этом отношении топливом является кокс – продукт, получаемый из каменного угля после отгонки из него летучих примесей. В качестве топлива также применяют антрацит. Он содержит больше летучих веществ, чем кокс, поэтому потери тепла с летучими веществами у антрацита больше, чем у кокса, а содержание СО2 в
печном газе меньше. Однако стоит кокс дороже, чем антрацит.
Вода
В производстве кальцинированной соды потребляется большое количество воды. Основная масса воды расходуется для охлаждения жидкостей и газов. Вода необходима также для промывки бикарбоната натрия, для приготовления известкового молока, для приготовления рассола и т.д. Воду используют также для питания паровых котлов, производящих пар для отгонки в отделении дистилляции, для паровых машин и отопления помещений.
Получение извести и диоксида углерода (IV)
Физико-химические основы процесса обжига карбонатного сырья
Необходимые для производства соды известь и диоксид углерода получают путем обжига карбонатного сырья – известняка или мела, основной составной частью которых является CaCO3 – карбонат кальция.
При обжиге карбонат кальция разлагается по реакции:
СаСО3 ↔ СаО + СО2 – 178 кДж |
(4.1) |
При разложении известняка образуется негашеная известь (СаО) и газ известково-обжигательных печей (СО2). Оксид
кальция, входящий в состав извести, может быть в виде свободного либо связанного, т.е. вступившего во взаимодействие с примесями и образовавшего новые соединения
Активный СаО – это часть свободного оксида, которая способна реагировать с водой в обычных условиях гашения. Неактивный СаО – это часть свободного оксида кальция, которая не реагирует с водой в обычных условиях гашения. Неактивный оксид кальция образуется вследствие структурных изменений под воздействием высоких температур, а также за счет обволакивания зерен CаO пленкой плава, который появляется при взаимодействии СаО с примесями