Производство кальцинированной соды аммиачным методом, Описание технологического процесса - Очистка сточных вод производства кальцинированной соды

Описание технологического процесса

Сущность процесса состоит в следующем: очищенный от примесей аммонизированный раствор поваренной соли подвергают карбонизации, образующийся бикарбонат натрия выпадает в осадок:

NaCl + NНЗ + СО2 + HO- NаНСО + NH4Cl

Эта реакция обратима, и в равновесных условиях степень использования NaCI не превышает 84%. На практике эта величина составляет 70-75%, вследствие чего до 30% натрия и 100% хлорной части сырья не используется и уходит в отвал с отбросной жидкостью.

Выпавшие кристаллы NaHCO3 отфильтровывают от маточного раствора и подвергают кальцинации с целью получения готового продукта

2 NaHCO3=Na2CO3+ СО2 + H2O

Производство кальцинированной соды по аммиачному способу включает 8 основных стадий:

    - получение карбонатного сырья: вскрыша, взрывные работы, добыча, дробление, сортировка сырья и транспортирование; - переработка карбонатного сырья: обжиг, охлаждение и очистка диоксида углерода, гашение извести с получением известковой суспензии; - очистка рассола: взаимодействие сырого рассола с реагентами в реакторах и отстой рассола; - абсорбция: отмывка в промывателях газов, выделяющихся на других стадиях, от аммиака, двухстадийное насыщение раствора хлорида натрия аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающим со стадии дистилляции, охлаждение аммонизированного рассола; - карбонизация: отмывка от аммиака газа, покидающего стадию карбонизации (сопровождается улавливанием диоксида углерода), предварительная карбонизация, карбонизация с выделением гидрокарбоната натрия в осадительных колоннах, компримирование (перед подачей в карбонизационные колонны) диоксид углерода, поступающего со стадий переработки сырья и кальцинации; - фильтрация: отделение гидрокарбоната натрия на фильтрах и отсос воздуха вакуум - насосами; - кальцинация: обезвоживание и разложение гидрокарбоната натрия в содовых печах, охлаждение и очистка диоксида углерода после содовых печей; - регенерация аммиака (дистилляция): предварительный подогрев и диссоциация содержащихся в фильтровой жидкости карбонатов и гидрокарбонатов аммония в конденсаторе и теплообменнике дистилляции, смешение и взаимодействие нагретой жидкости с известковой суспензией в смесителе и отгонка аммиака в дистиллере.

Весь содовый процесс полностью может быть изображен следующими химическими уравнениями:

NH3+H2O= NH4OH

CO2+ H2O=H2CO3

H2CO3+ NH4OH= NH4HCO3+ H2O

NH4HCO3+ NaCl=NaHCO3+ NH4Cl

2 NaHCO3>Na2CO3+ H2O+ CO2

CaCO3 > CaO+ CO2

CaO+ H2O= Ca(OH)2

Ca(OH)2+2 NH4Cl= NH4OH+CaCl2

NH3 H2O

Взаимную связь реакций можно изобразить следующей схемой:

CaCO3=CaO+CO2

NaCl + NH3 + CO2 + H2O- NH4Cl+ NaHCO3

CaO+ H2O> Ca(OH)2 -ДЗ=63,8 кДж/моль

Ca(OH)2 +2 NH4Cl>2 NH3 + CaCl2 + H2O+ДЗ=27,6

NaHCO3>Na2CO3+ CO2+ H2O+ДЗ

Реализация химической модели сопряжена с разработкой технологического режима с использованием физико-химических свойств водной четырехкомпонентной системы.

В водном растворе существуют четыре компонента NaCl - NH4HCO3 - NH4Cl - NaHCO3 (независимых компонентов - четыре, ибо если известны значения трех компонентов, то по уравнению реакции можно рассчитать содержание четвертого.) Соль NH4HCO3 образуется в результате взаимодействия в растворе СО2 и NH3:

СО2 (p) + 2NH3(p)-NH2COONH4(p) - ДЗ1

Образовавшийся карбамат гидролизуется:

NH2COONH4(p)+H2O-NH4HCO3(р) +NH3(p) + ДЗ2 -ДЗ+ДЗ= -63,8 кДж

Температурный режим избран по результатам исследования реакций, а материальные расчеты и соотношения реагирующих компонентов определены по данным о четырехполюсной системе. Ниже приведены графические методы разработки технологического режима для реакций такого типа. На основании диаграммы (рис. 4) устанавливают, что хлорид натрия взаимодействует с бикарбонатом аммония, образуя бикарбонат натрия и хлорид аммония, и растворимость бикарбоната натрия в этой системе мала, так как в равновесном растворе 1 моль бикарбоната растворяется в 4240 молях воды, т. е. практически впадает в твердую фазу. Проекция диаграммы на квадрат солевого состава представлена на рис. 5

система na+, nh¦cl,hco -ho, т 30єс

Рис. 4. Система Na+, NH4+¦Cl-,HCO3- - H2O, Т 30єС:

А - NaС1; B - NaHCO3; C - NH4CO3; D - NH4Cl; I - количество H2O - молей воды/1 моль У солей; i* - равновесное, inp - практическое R-отношение А:С, вступающих в реакцию; Р - солевой состав раствора

проекция системы na+, nh¦cl,hco -ho, т 30єс

Рис. 5. Проекция системы Na+, NH4+¦Cl-,HCO3- - H2O, Т 30єС:

А - NaС1; B - NaHCO3; C - NH4CO3-; D - NH4Cl; e - солевой состав эвтонических растворов двухкомпонентных систем; Р - нонвариантные точки четырехкомпонентной системы; R - солевой состав реакционной смеси

Стабильной диагональю солевого квадрата, которая пересекает только два полюса кристаллизации, является диагональ бикарбоната натрия - хлорид аммония, соотношение между реагирующими компонентами выбирают графически по проекции диаграммы, учитывая необходимость получения бикарбоната натрия, не содержащего в твердой фазе аммонийных солей. Иллюстрацией этого приема служит рис 6. Он заключается в создании в растворе несколько увеличенного содержания воды по сравнению с нонвариантной фигуративной точкой Р1, на которую направлен луч кристаллизации.

сечение диаграммы по arp

Рис. 6 Сечение диаграммы по ARP1:

I*LBN - количество воды в равновесном растворе; iR. пр - количество воды в технологическом растворе; iP1 - количество воды в растворе Р1; R - фигуративная точка реакционной смеси.

Для возвращения в производство аммиака маточную жидкость, содержащую (в г/л): 180-200 NH4Cl, 70-80 NaCl, 100-непрореагировавшего NHHCO, обрабатывают известковым молоком:

2NH4Cl + Ca(OH)= 2NНЗ + 2СО2 + CaCl2

Образующийся при этом аммиак отгоняют паром и возвращают в цикл.

На станции регенерации аммиака образуется до 10-12 куб. метров отбросной (дистеллерной) жидкости на каждую тонну кальцинированной соды. Состав дистеллерной жидкости изменяется в определенных пределах и зависит от качества рассола и известняка, объема получаемой жидкости, степени утилизации NaCl, концентрации известкового молока и других факторов. Дистеллерная жидкость представляет собой суспензию нерастворимых продуктов (CaCO3, CaSO4, Са(ОН)2 , песка и др. ) в растворе хлоридов кальция и натрия. Средний состав этой жидкости (в г/л): 85-95 CaCl; 45-50 NaCl; 6-15 CaCO3; 3-5 CaSO4; 3-10 Mg(OH)2; 2-4 CaO; 1-3 Fe2O3 + Al2O3 ; 1-4 SiO.

На 1т Na2CO3 в отвал выбрасывают 1 т CaCl2 и 0,5 т NaCl и 200-280 кг твердых нерастворимых примесей. Для захоронения эту жидкость перекачивают в шламонакопители.

Кроме дистеллерной жидкости отходами производства кальцинированной соды являются шламы очистки рассола, состоящие из CaCO3 И Mg(OH)2.

Уменьшение количества образующихся отходов в существующем содовом производстве возможно за счет внедрения следующих мероприятий:

    - внедрения систем оборотного водоснабжения (использование очищенных стоков для выщелачивания NaCl); -замены суспензии известкового молока, используемого для разложения хлорида аммония на сухую известь или известь-пушонку, приготавливаемую путем гашения оксида кальция дистеллерной: жидкостью (приводит к уменьшению объема дистиллерной жидкости на 16-18%). - применение воздушного охлаждения вместо водяного; - увеличение степени использования NaCl; - замены пара, используемого для дистилляции, парам, получаемым при упарке дистиллерной жидкости [6].

Похожие статьи




Производство кальцинированной соды аммиачным методом, Описание технологического процесса - Очистка сточных вод производства кальцинированной соды

Предыдущая | Следующая