Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей в виде очень мелких кристалликов гидрокарбоната натрия, из которых при поддержании нормального технологического режима образуются кристаллы в форме коротких цилиндров — «бочки». При ухудшении процесса кристаллизации образуются кристаллы, имеющие форму длинных цилиндров и склонные к образованию сростков в виде «снопов» (друзы). В этом случае выделяется большое количество мелочи в виде игольчатых кристаллов и бесформенных обломков. Такие кристаллы при фильтрации уплотняются и удерживают в образовавшихся мелких ячейках много влаги, т. е. увеличивается содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия.
Технологическая схема отделения карбонизации
Аммонизированный рассол из сборника аммонизированного рассола (САР) поступает в колонну предварительной карбонизации (КЛПК), в которую подается также газ известковых печей, содержащий 32—36 % (об.) СО2 при обжиге мела и 38—40% (об.) СО2 при обжиге известняка. Из КЛПК жидкость при температуре 42-46°С направляется в первый промыватель газа колонн (ПГКЛ-1). Сюда же поступает газ из КЛПК и осадительных колонн. В ПГКЛ-1улавливается аммиак, отдутый карбонизующим газом из КЛПК.
За время прохождения жидкости через ПГКЛ-1 ее температура повышается на 5—8°С. Для дополнительного охлаждения жидкости после ПГКЛ-1 предусматривается теплообменник, откуда жидкость поступает в осадительную карбонизационную колонну. В нижнюю часть колонны подается смешанный газ (первый ввод), содержащий диоксид углерода 70-80% (об.), а в среднюю часть — газ известковых печей (второй ввод). Газ из осадителной карбонизационной колонны направляется в ПГКЛ-1, а суспензия—в отделение фильтрации.
Карбонизационные колонны работают сериями, чтобы обеспечить непрерывность потока суспензии, направляемого в отделение фильтрации. Наибольшее распространение получили серии, состоящие из четырех карбонизационных колонн, из которых три работают в качестве осадительных, а одна — колонна предварительной карбонизации.
Аппаратура отделения карбонизации
Карбонизационная колонна КЛ. Она является основным аппаратом отделения карбонизации. КЛ представляет собой цилиндрическую пустотелую колонну диаметром до 3 и высотой до 27 м, состоящую из ряда чугунных бочек или царг. Сверху через штуцер 5 и колонну поступает из ПГКЛ-1 подлежащий карбонизации раствор, а снизу через штуцер 2 и в середине через штуцер 9— углекислый газ. При работе колонна заполнена раствором до определенного постоянного уровня.
Рис.9. Карбонизационная колонна (диаметром 2680 мм):
1-бочка-база; 2-штуцер для входа газа;3-холодильная бочка;4-абсорбционная бочка;5-штуцеры для входа жидкости;6-сепарационные бочкм;7-штуцеры для выхода газа;8-барботажная колонна;9-штуцер для входа газа;10-штуцер для выхода суспензии.
Осуществлению принципа противотока может препятствовать продольное перемешивание жидкости газом по высоте колонны. Чтобы это перемешивание свести к минимуму, между отдельными бочками 4 колонны устанавливают пассеты, или барботажные тарелки 8.Тарелка состоит из днища 2 и перекрывающего его колпака 1.
Барботажные тарелки препятствуют продольному перемешиванию жидкости в колоне и обеспечивают равномерное распределение газа по сечению колонны и способствуют увеличению поверхности контакта между газом и жидкостью.
В верхней части колонны установлены две пустые сепарационные бочки 6, предназначенные для отделения увлекаемых газом брызг жидкости и имеющие водомерные стекла для наблюдения за уровнем жидкости в колонне. Сверху колонна закрыта крышкой, на которой находится штуцер 7 для выхода газа и для установки предохранительного клапана.
В основе карбонизационной колонны установлена бочка-база 1 со сферическим днищем и штуцерами 10 и 2, через которые выводится суспензия бикарбоната натрия и подается компрессором смешанный газ (1-го ввода).
Бочки и барботажные тарелки колонны изготавливают из чугуна. Тонкостенные трубки в холодильных бочках толщиной 6мм делают из углеродистой стали или из специального чугуна, содержащего 0,5% Ni,0,4% Mn,3,3% C и 0,4% Cr.
Фильтрация суспензии бикарбоната натрия
В отделении фильтрации осуществляют процесс разделения выходящей из карбонизационных колонн бикарбонатной суспензии на твердую и жидкую фазы. Твердая фаза-бикарбонат натрия — должен быть не только отделен от маточной жидкости, но и тщательно промыт. При промывке маточная жидкость, задержавшаяся между кристаллами бикарбоната, вытесняется водой, что снижает содержание хлоридов и углеаммонийных солей в отфильтрованном осадке. Для уменьшения влажности отфильтрованный бикарбонат дополнительно отжинают на фильтре.
Суспензии разделяют на твердую и жидкую фазы при помощи пористых перегородок, которыми служат шерстяная, хлопчатобумажная и стеклянная ткань, слой песка, гравия или кокса, пористая керамика и пр. Фильтрующей перегородкой является не только сама перегородка, но и находящийся на ней слой осадка. Поэтому по мере увеличения слоя осадка сопротивление прохождению жидкости возрастает пропорционально увеличению толщины слоя, пли, иначе говоря, пропорционально объему профильтрованной суспензии.
В содовой промышленности наиболее распространен способ фильтрации под разрежением. В этом случае давление над фильтрующей перегородкой равно атмосферному. При сохранении постоянства давлений над фильтрующей перегородкой и под ней скорость фильтрации, т. е. объем жидкости, проходящий через фильтрующую поверхность в единицу времени, непрерывно уменьшается, так как в процессе фильтрации толщина осадка на фильтрующей перегородке все время возрастает, следовательно, увеличивается ее сопротивление.
Полученные при фильтрации осадки делятся по своим свойствам на сжимаемые, у которых рыхлая структура частиц под влиянием давления деформируется с уменьшением размера пор и объема осадка, и несжимаемые, у которых размер пор между частицами, объем и пористость осадка в процессе фильтрации практически не изменяются. К первой группе осадков относятся аморфные и коллоидные, ко второй — осадки, имеющие кристаллическую структуру. Осадки бикарбоната натрия относятся ко второй группе.
На содовых заводах для разделения суспензии бикарбоната натрия применяют вращающиеся барабанные вакуум-фильтры, работающие под разрежением. Нормальная работа вакуум-фильтров в значительной степени зависит от размеров кристаллов бикарбоната натрия, поступающих на фильтрацию.
Технологическая схема отделения фильтрации
Суспензия бикарбоната натрия из мерников карбонизационных колонн поступает в коллектор 2, распределяющий ее по отдельным фильтрам. Из коллектора 2 суспензия самотеком подается в корыто 9 вакуум-фильтра, имеющее мешалку 1. Фильтрующий барабан 7 примерно на 1/3 погружен в суспензию NaHCO3, находящуюся в корыте 9. Для нормальной работы фильтра важно, чтобы высота погружения фильтрующего барабана в суспензию оставалась неизменной. Избыток суспензии из корыта 9 непрерывно через перелив перетекает в сборник 16 с мешалкой. Из сборника 16 насос 15 возвращает суспензию в коллектор2. Качающаяся мешалка 1 не позволяет частицам NaHCO3 оседать на дно корыта 9. Через фильтрующую ткань под влиянием вакуума внутрь барабана проходят жидкость, промывная вода и воздух.
Рис.10. Типовая технологическая схема отделения фильтрации:
1-мешалка; - распределитеьный коллектор; 3-корыто для распределения промывной воды;4-напорный бачок для промывной воды;5-трубопровод сжатого воздуха;6-отжимной валик;7-фильтрующий барабан;8-срезающий нож;9-корыто вакуум-фильтра;10-транспортер сырого бикарбоната;11- сепаратор;12-барометрическая труба;13-сборник фильтровой жидкости;14,15-насосы;16-сборник с мешалкой для суспензии.
Воздух, отфильтрованная жидкость и промывная вода из внутренней части барабана 7 идут в сепаратор 11, где воздух отделяется от жидкой фазы и идет на ПВФЛ.
Фильтрат из сепаратора 11 по барометрической трубе 12 идет в сборник фильтровой жидкости 13, откуда насосом 14 откачивается на дистилляцию.
При вращении барабана приставший к фильтрующей поверхности слой бикарбоната натрия попадает под отжимной валик 6 для ликвидации образующихся на поверхности осадка трещин, через которые могут попадать внутрь барабана воздух и промывная вода. После отжимного валика осадок промывается слабой жидкостью или водой, поступающей из напорного бачка 4 для промывной воды в корыто 3, распределяющее воду ровной струей по ширине барабана. Количество подаваемой на промывку воды регулируют при помощи крана, установленного между напорным бачком 4 и корытом 3. Промывная вода смешивается с фильтровой жидкостью внутри барабана и вместе с ней идет в сепаратор 11.
Промытый бикарбонат натрия вновь уплотняется вторым по направлению вращения барабана отжимным валиком 6, подсушивается просасываемым через слой осадка воздухом, подаваемым по трубопроводу 5, и срезается с фильтрующей ткани ножом 8 на транспортер 10, который подает сырой бикарбонат натрия в содовую печь.
Кальцинация гидрокарбоната натрия
Кальцинация - термическое разложение гидрокарбоната натрия – является заключительной стадией в производстве кальцинированной соды. Основным назначением отделения кальцинации является получение определенного количества кальцинированной соды в виде непрерывного материального потока.
Технический бикарбонат натрия должен иметь белый цвет. Появление окраски указывает на коррозию стальных аппаратов в отделениях абсорбции и карбонизации. Окрашивает осадок окись железа, попадающая в него в результате коррозии.
Процесс кальцинации можно показать уравнением:
2 NaHCO3(тв.)=Na2CO3(тв.)+СО2(газ)+Н2О(пар).
Кроме этой основной реакции при нагревании технического бикарбоната могут протекать дополнительные реакции:
(NH4)2CO3↔2NH3(газ)+СО2(газ)+Н2О(пар),
NH4 HCO3↔2NH3(газ)+СО2(газ)+Н2О(пар).
Хлористый аммоний взаимодействует при нагревании с бикарбонатом натрия по реакции
NH4Cl(раств.)+ NaHCO3 (тв)↔NaCl(тв)+ NH3(газ)+СО2(газ)+Н2О.
Карбамат натрия в присутствии воды при нагревании переходит в соду согласно реакции
2NaCO2NH2+ Н2О↔ Na2CO3(тв.)+СО2(газ)+2NH3(газ).
Таким образом, в результате кальцинации в твердой фазе остаются Na2CO3 и NaCl, а в газовую фазу переходят NH3, СО2 и Н2О.
Наличие влаги в гидрокарбонате усложняет аппаратурное оформление, так как влажный гидрокарбонат натрия малосыпуч, комкуется и налипает на стенки аппаратов. Последнее объясняется тем, что влага, представляющая собой насыщенный раствор NaHCO3, при контакте с горячей поверхностью интенсивно испаряется. Выделяющаяся твердая фаза, кристаллизуясь, образует плотно прилипающую к поверхности корку.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
