Виробництво кальцинованої соди

В) Виробництво карбаміду.

Карбамід (сечовина) (NH₂)₂CO – найбільш поширене азотне добриво, яке містить до 46% азоту. Використовується також як добавка у корми худобі, як сировина для виробництва пластмас, деревно-стружкових плит, синтетичних клеїв, у текстильному, фармацевтичному виробництвах, при очищенні нафтопродуктів.

Сировиною для виробництва є аміак і вуглекислий газ.

Синтез проходить у дві стадії:

1) Утворення карбаміновокислого амонію (карбамату):

2NH₃ + CO₂ ® NH₂COONH₄; DH = - 159 кДж

2) Карбамат дегідрується з утворенням карбаміду:

NH₂COONH₄ « (NH₂)₂CO + Н₂О; DH = - 285 кДж

Реакція протікає майже повністю і з великою швидкістю. Для збільшення виходу продукту використовують надлишок аміаку. Умови процесу: t = 180¸200^ºС, Р = 18¸20 МПа, 100%-й надлишок аміаку.

При використанні 100%-х СО₂ і NH₃ вихід карбаміду складає (по СО₂) 60-70%.

Для покращення економічних показників аміак і вуглекислий газ, котрі не вступили у реакцію, використовуються або для виробництва інших продуктів (розімкнені схеми), або знову повертаються у процес (замкнені схеми).

Виробництво карбаміду з рідинним рециклом. Діоксид вуглецю, стиснений в компресорі до 20 МПа, аміак з ємності подаються через змішувач в колону синтезу. Реактор працює в режимі витіснення; реакційна маса просувається знизу наверх; з верхньої його частини відводиться плав, який складається з карбаміду, карбамату, що не вступив у реакцію, надлишкового аміаку і води. Після зниження тиску дроселюванням до 1,6 – 2 МПа плав поступає в ректифікаційну колону і потім через систему підігрівників і сепараторів подається на вакуум-випарювання (частіше двокорпусне).

У ректифікаційній колоні від карбаміду відділяється надлишковий аміак, який знову повертається у процес. У підігрівачі плав нагрівається до 170^ºС, в результаті чого відбувається розкладання карбамату на СО₂ і NН₃. Газорідинна суміш поділяється в сепараторі; газова фаза повертається у ректифікаційну колону, а рідка – у вакуум-випарний апарат. Парогазова суміш з ректифікаційної колони, яка містить NН₃, СО₂ і воду, подається в промивну колону, в якій відбувається утворення розчину амонійних солей, а у газовій фазі залишається тільки чистий аміак. Внизу колони підтримується температура близько 100^ºС, зверху – близько 40^ºС.

Концентрований розчин вуглеамонійних солей насосом подається у змішувач і далі попадає в колону синтезу. Плав карбаміду після вакуум-випарювання поступає в накопичувач плаву (збірник) і насосом подається в грануляційну башту на грануляцію. В деяких системах замість грануляції використовують трикорпусну вакуум-кристалізацію. Тоді готовий продукт на склад направляється не у гранульованому, а у кристалічному вигляді. Слід відмітити, що гранульований карбамід менш злежується і його легше використовувати.

Г) Калійні добрива.

Як калійні добрива використовують:

· сирі природні речовини,

· продукти їхньої переробки (КСl, K₂SO₄),

· попіл рослин.

Основна сировина – сильвініт mKC1 + nNaCl, домішками до якого є сполуки магнію, кальцію та ін.

КС1 отримують методами:

· галургії,

· флотаційним,

· комбінованим.

Метод галургіїбазується на різній розчинності KC1 і NaCl. З підвищенням температури розчинність КС1 різко зростає, а NaCl мало змінюється. При сумісній присутності KC1 і NaCl розчинність NaCl знижується, а КС1 – ще більше зростає. На цьому побудовані галургічні операції поділу. Апаратурне оформлення полягає в установці реакторів – апаратів з мішалками і підігрівом для розчинення сильвініту і кристалізаторів.

Метод флотації базується на використанні різної здатності до змочування водою мінералів сильвіну КС1 і галіту NaCl. Флотацією з використанням як флотоагенту, наприклад, октацетиламіну або карбонових кислот проводять з насичених розчинів сирих калійних солей. Метод має таке ж обладнання, як і збагачення.

КС1, який отриманий флотаційним поділом сильвіну, має більш крупну кристалічну структуру, ніж той, що отриманий кристалізацією, тому менше злежується.

Виробництво кальцинованої соди.

Содові продукти (кальцинована сода Na₂CO₃, каустична сода NaOH, питна сода NaHCO₃ і кристалічна сода Na₂CO₃×H₂O) знайшли широке і різноманітне використання у виробництві скла, мила, в текстильній промисловості, промисловості синтетичних матеріалів, в нафтовій, паперовій, лакофарбовій, металургійній, харчовій, в медицині; сода широко використовується у побуті.

Сировиною для виробництва кальцинованої соди є кам’яна сіль. Її добувають у вигляді твердої солі або у вигляді розсолу.

В наш час соду найчастіше отримують аміачним способом. Спосіб полягає у карбонізації аміачного розсолу хлориду натрію у воді:

NaCl + Н₂О + NH₃ + CO₂ « NaHCO₃¯ + NH₄Cl

Спрощена схема цього процесу така:

1) Аміак реагує з водою і вуглекислим газом, утворюючи бікарбонат амонію:

NH₃ + Н₂О = NH₄ОН

NH₄ОН + CO₂ « NH₄HCO₃

2) В результаті реакції обміну при взаємодії з кам’яною сіллю утворюється бікарбонат натрію, який менше розчинний за інші солі й тому випадає в осад:

NH₄HCO₃ + NaCl « NaHCO₃¯ + NH₄Cl

3) NH₄Cl, що утворюється, обробляють вапняним молоком для видалення з нього NH₃, який знову йде на процес.

2NH₄Cl + Са(ОН)₂ = СаС1₂ + 2NH₃ + 2Н₂О

4) Для отримання вапняного молока гасять негашене вапно, яке одержують прожарюванням вапняку:

СаСО₃ ® СаО + СО₂

СаО + Н₂О ® Са(ОН)₂

Вуглекислий газ використовується для карбонізації аміачно-сольового розсолу.

5) Бікарбонат натрію відфільтровується і прожарюється:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + СО₂ + Н₂О

Утворюється кальцинована сода, а СО₂ також використовується для карбонізації аміачно-сольового розчину.

Процес отримання кальцинованої соди складається з кількох стадій:

· приготування розсолу,

· обпалення вапняку і отримання суспензії оксиду-гідроксиду кальцію (вапняного молока),

· амонізація розсолу,

· карбонізація амонізованого розсолу,

· дистиляція аміаку і діоксиду вуглецю,

· кальцинація гідрокарбонату натрію.

Приготування розсолу.Розсіл, отриманий з природної солі, піддають спочатку очищенню від іонів Са²⁺ і Mg²⁺, яке проводиться вапняно-содовим способом. Осад, що отримують, видаляють осадженням і фільтруванням.

Обпалення вапняку і отримання суспензії оксиду-гідроксиду кальцію (вапняного молока).При обпаленні вапняку отримують діоксид вуглецю і оксид кальцію. Процес ведеться у вапняно-обпалювальних печах шахтного типу, де відбувається реакція.

Обпалення вапняку можна виділити у самостійну підсистему. Суспензію оксиду-гідроксиду кальцію (вапняного молока) отримують змішуванням оксиду кальцію (негашеного вапна) з надлишком води. При цьому відбувається реакція. В реальному ж виробництві гасіння вапна виділяють у самостійну підсистему.

Амонізація розсолу.Амонізація полягає в насиченні розсолу аміаком і СО₂. Для цього розсіл пропускають крізь низку абсорберів, де він поглинає гази. Початковий склад газу – 65% NH₃ і 12% СО₂ при температурі 55ºС.

Абсорбція проводиться в двох абсорберах, де поглинається 80% аміаку з газів, що отримані при дистиляції. Процес абсорбції газів рідиною є екзотермічним, тому у склад установки входить холодильник.

Амонізація розсолу проводиться таким чином. Очищений розсіл з напірного баку іде двома потоками в апаратуру. Більша частина (80%) проходить промивальник повітря фільтрів, куди з вакуум-фільтру поступаються гази, що містять NН₃, і другий промивальник газу колони. Другий потік (20%) проходить промивальник газу абсорбції. Обидва потоки, розчинивши NН₃ і СО₂, поступають у перший абсорбер. Звідси розчин, охолодившись у зрошувальному холодильнику, йде у другий абсорбер і потім через другий холодильник – у збірник амонізованого розчину.

Газ з відділення дистиляції (NН₃ і СО₂) проходить зверху вниз холодильник газу дистиляції, сепаратор, два абсорбери і промивальник газу абсорбції, після чого в ньому ще залишається СО₂. Тому його через вакуум-насос і сепаратор направляють у промивальник газу сольових печей (сушарок). Гази, що вийшли з промивальників повітря фільтрів і газу колон, викидаються в атмосферу.

У зрошувальному холодильнику розсіл охолоджується до 28-30ºС і зі збірника поступає на карбонізацію. Майже усі апарати абсорбції являють собою чавунні тарілчасті колони. Кожний абсорбер складається з семи царг (діжок), між якими встановлені барботажні тарілки з ковпачками (у першому – п’ять, у другому – три тарілки).

Карбонізація амонізованого розсолу.Амонізований розчин насичується СО₂ під тиском близько 2,5 атм. в карбонізаційній колоні, яка має діаметр 2,68 м, висоту 26,1 м і продуктивність 260 т соди на добу.

Колона складається з низки чавунних царг. У нижній частині колони встановлені 10 холодильних діжок, у котрі вмонтовані водяні холодильники. Між кожними двома холодильниками встановлюється барботажна тарілка. Барботажні тарілки знаходяться також у верхній половині колони, усього їх 36.

У верхній частині колони є дві пусті діжки для уловлювання бризок. Суспензія бікарбонату витікає з нижньої діжки. Газ подається в колону знизу крізь два штуцери. В нижню діжку входить газ з відділення содових печей, змішаний з газом вапняних печей, (суміш І); він містить близько 60% СО₂; набагато вище подається газ вапняних печей (ІІ введення газу), який містить близько 35% СО_2.

Суспензія бікарбонату входить знизу колони на вакуум-фільтри, де сирий бікарбонат відфільтровується і промивається. Фільтрат, що стікає, проходить сепаратор для відділення газу (повітря фільтрів); промитий бікарбонат направляється в содову піч для кальцинації, а маточна рідина – на регенерацію аміаку (дистиляція).

Кальцинація гідрокарбонату натрію.Содова піч-сушарка для кальцинації сирого бікарбонату являє собою горизонтальний барабан, що обертається, через один кінець котрого вводиться сирий бікарбонат з вологістю 15-18%. Тут він сушиться і розкладається по реакції.

В печі також відбувається розклад невідмитих амонійних солей по реакціях:

NaHCO₃ + NH₄C1 = NH₄HCO₃ + NaC1

NH₄HCO₃ = NH₃ + CO₂ + H₂O

NаС1, що утворився в першій реакції, залишається у соді й погіршує якість продукту, оскільки концентрація Na₂CO₃ зменшується. Щоб запобігти утворенню грудок у печі, треба зменшити вміст вологи у сирому бікарбонаті до 8-10%. Цього можна досягти, використовуючи замість вакуум-фільтрів центрифуги. На більшості заводів для зменшення концентрації вологи до сирого бікарбонату додають кальциновану соду, яку отримують з печі (ретурна сода) у кількості, що приблизно дорівнює вазі сирого бікарбонату.

СО₂ і NН₃, а також пари води, що виходять з печей, містять до 70 кг содового пилу і до 40 кг СО₂ на тону соди. Тому передбачається схема переробки пічного газу. Для відокремлення содового пилу газ проходить циклон, а потім холодильник і скрубер, де відбувається конденсація парів води і видалення аміаку у вигляді так званої “слабкої рідини”; вона збирається у збірник, а потім піддається дистиляції для регенерації аміаку. Зі скруберу сушарок газ з температурою близько 30ºС, який містить » 90% СО₂, подається в компресор. Після змішування з газом вапняних печей отриманий газ із вмістом 60% СО₂ поступає в карбонізаційні колони.

Дистиляція аміаку і діоксиду вуглецю.Маточна рідина направляється на дистиляцію (регенерація аміаку). В ній містяться:

1) розчинений аміак у вигляді NН₄ОН;

2) напівзв’язаний аміак - (NН₄)₂СО₃, NН₄НСО₃;

3) зв’язаний аміак, головним чином у вигляді NН₄С1.

Оскільки сполуки “напівзв’язаного” аміаку дисоціюють при нагріванні:

(NН₄)₂СО₃ = 2NН₃ + СО₂ + Н₂О

а сполуки зв’язаного аміаку розкладаються тільки при нагріванні з гашеним вапном:

2NН₄С1 + Са(ОН)₂ = 2NН₃ + 2Н₂О + СаС1₂

Відгонку аміакупроводять у дві стадії:

· в першій рідина піддається тільки тепловій обробці,

· у другій – тепловій обробці після додавання до неї вапняного молока.

Нагрівання маточної (фільтрової) рідини і охолодження газу здійснюють в теплообмінниках.

Маточна рідина поступає у верхню частину конденсатору дистиляції, де вона нагрівається газом, що йде знизу. Частина амонійних солей дисоціює тут, потім рідина проходить теплообмінник дистиляції, де в основному закінчується дисоціація солей, які розкладаються при нагріванні, і, нарешті, перетікає в основний апарат дистиляції – дистилер, попередньо змішавшись з вапняним молоком у змішувачі.

Зі змішувача суспензія безперервно входить в дистилер, де здійснюється відгонка аміаку гострою парою. Дистилер має мішалку. Зверху відходить аміак у суміші з СО₂ і водяною парою в апарати, а знизу – розчин СаС1₂ і NaC1 зі зваженим надлишком вапна, СаСО₃ і домішками; ці компоненти, пройшовши крізь розширювач, де видаляється деяка кількість пари, складають відходи.

Усі три основні апарати дистиляції змонтовані в одній колоні, яка складається з окремих діжок, в котрі вбудовані ковпачкові пристрої (дистилер) і насадка з кілець (теплообмінник дистиляції) або трубчатки (конденсатор дистиляції). Основна маса аміаку повертається в цикл. Втрати його невеликі (приблизно 3 кг NН₃ на 1 т соди). Аміачна вода вводиться в збірник фільтрової рідини.

Поиск по сайту: