Технология производства соды. Химическая схема ХТП на примере получения соды аммиачным способом

Процесс Сольве осуществленный в конце 1860-х годов двумя бельгийцами, братьями Эрнестом и Альфредом Сольве, аммиачный способ получения кальцинированной соды основан на реакции взаимодействия гидрокарбоната аммония с хлоридом натрия, в результате которой получаются хлорид аммония и гидрокарбонат натрия. На практике процесс проводят, вводя в почти насыщенный раствор хлорида натрия сначала аммиак, а потом диоксид углерода. Гидрокарбонат натрия выпадает в осадок, когда диоксид углерода вводится в раствор:

Прокаливая отфильтрованный гидрокарбонат натрия, получают карбонат натрия и диоксид углерода, который используют повторно:

Экономичность процесса Сольве связана с тем, что аммиак регенерируется путем обработки раствора хлорида аммония оксидом кальция, который получают из карбоната кальция путем нагрева (при этом одновременно образуется также используемый в процессе диоксид углерода):

Хлорид кальция, образующийся в процессе извлечения аммиака, является важным побочным продуктом.

Преимущества аммиачного способа производства соды: относительная дешевизна, широкая распространенность и доступность извлечения необходимого сырья (поваренная соль и карбонат кальция); незначительность температур (до 100 С), при которых осуществляются основные реакции процесса и близкие к атмосферному давления; достаточная отлаженность способа и устойчивость технологических процессов; высокое качество получаемого продукта; невысокая себестоимость кальцинированной соды.

Для получения 1т кальцинированной соды (95%) расходуется 1,49 т NaCl (100%), 1,37 т известняка (40,5% CO₂), 10 кг аммиачной воды (25,5%), 60 кВт ч электроэнергии, 75 м³ воды, 5,65 МДж пара. В качестве отхода образуется 8,3 м³ жидкости, содержащей 993 кг CaCl₂ и 446 кг NaCl.

Аммиачному способу получения соды присущи, однако, и серьезные недостатки, главными из которых являются: низкая степень использования исходного сырья (натрий используется всего примерно на 2/3, а хлор и кальций не используются совсем); большие количества твердых и жидких отходов, требующих утилизации, сброса или длительного хранения; значительный расход энергетических ресурсов; большие удельные капиталовложения, необходимые для создания содового производства.

Недостатки аммиачного получения сода становятся все существеннее по мере ужесточения требований к комплексности использования природного сырья и к охране окружающей среды от загрязнений, а также с ростом стоимости энергоносителей. Многочисленные попытки сделать способ безотходным до сих пор не увенчались успехом.

Аммиачный способ получения соды был предложен еще в 1838–1840 английскими инженерами-химиками Г.Грей-Дьюаром и Д.Хеммингом. Они пропускали через воду газообразные аммиак NH3 и диоксид углерода CO2, которые при взаимодействии дают раствор гидрокарбоната аммония NH4HCO3:

NH3 +CO2 +H2O=NH4HCO3, а затем добавляли к этому раствору хлорид натрия NaCl, чтобы выделить малорастворимый на холоде гидрокарбонат натрия NaHCO3:

NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3¯ + NH4Cl Гидрокарбонат натрия отфильтровывали и нагреванием превращали в соду: 2NaHCO3 = Na2CO3+CO2+H2O

Диоксид углерода CO2, необходимый для проведения процесса, получали из карбоната кальция СаСО3 – мела или известняка – при прокаливании:

CaCO3 =CaO+CO2, а оксид кальция CaO, который при этом получался, после обработки водой давал гидроксид кальция Ca(OH)2: CaO+H2O=Ca(OH)2,

необходимый для получения аммиака NH3 из хлорида аммония NH4Cl:

2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O

Таким образом, аммиак все время находился в обращении и не расходовался, отходом производства оставался только хлорид кальция CaCl2.

Эрнест Сольве не внес принципиальных новшеств в химическую основу содового процесса английских инженеров, он только технологически оформил производство, однако, это тоже непросто. В частности, он применил здесь аппараты колонного типа, которые позволили вести процесс непрерывно и достичь высокого выхода продукта.

Преимущества аммиачного метода над способом Леблана состояли в получении более чистой соды, меньшем загрязнении окружающей среды и экономии топлива (поскольку температура здесь ниже). Все вместе это привело к тому, что в 1916 – 1920-х закрылись почти все заводы, работавшие по методу Леблана.

Первыми в мире заводами, использующими аммиачный способ получения соды, стали бельгийский завод в Куйе, построенный по проекту самого Сольве в 1865, и Камско-Содовый завод Лихачева в России, который начал работать в 1868. Российский завод был создан полковником Иваном Лихачевым в его имении на берегу реки Камы в Казанской губернии. Лихачев добывал аммиак NH3 путем сухой перегонки отходов, которые ему поставляли почти двести кожевенных мастерских со всей округи. Диоксид углерода СО2 получали прокаливанием известняка, найденного поблизости. Завод просуществовал недолго и уже через четыре года был закрыт из-за нерентабельности: сильно подорожали и кожевенные отходы, и поваренная соль NaCl.

Поиск по сайту: