Каустическая сода

NаНСО₃ + NаОН↔ Nа₂СО₃ + Н₂О

NаНСО₃ + Са(ОН)₂↔ СаСО₃ + NаОН + Н₂О 

В результате этой реакции расходный коэффициент  извести на 1 т NаОН возрастает.

В технологических  схемах производства NаОН часто предусматривается повторная каустификация шлама свежим содовым раствором, что приводит к увеличению концентрации слабого щелока и повышению коэффициента использования СаО. При проведении двух процессов каустификации с последующей промывкой шлама скорость осаждения твердых частиц при прочих равных условиях выше скорости осаждения частиц, полученных при однократной каустификации. Это можно объяснить увеличением степени использования СаО в шламе и возрастании времени формирования шлама при двукратной каустификации. В производстве едкого натра расход промывной воды на 1 т NаОН при 70-800 ºС составляет 4,5-5,0 м³. Высокая температура промывной воды способствует растворению в ней примесей и повышает скорость осаждения твердых частиц.

 

5.2 Концентрирование слабых щелоков

В отделение  выпарки из отделения каустификации  поступают слабые щелока,   содержащие около 130 г/л NаОН, 30 г/л  Nа₂СО₃ и 11,3 г/л Nа₂SО₄. При концентрировании слабых щелоков в твердую фазу выделяется Nа₂СО₃ и Nа₂SО₄, растворимость которых в растворах едкого натра весьма близки. При больших концентрациях NаОН в растворе наблюдается высокое пересыщение по Nа₂СО₃ и Nа₂SО₄, которое очень медленно снижается в результате старения раствора. Однако даже через 48 часов раствор не достигает равновесного состояния.

В процессе выпаривания  важно не только максимально выделить примеси в твердую фазу, но и получить крупные быстро осаждающиеся кристаллы Nа₂СО₃ и Nа₂SО₄. Полнота выделения солей обеспечивается высокой концентрацией едкого натра и длительностью выдерживания раствора NаОН, обеспечивающей снятие пересыщения по Nа₂СО₃ и Nа₂SО₄. Размер осаждающихся кристаллов в значительной степени определяется содержанием Nа₂SО₄ в растворе. Так как часть сульфата натрия остается в готовом продукте и не возвращается обратно в цикл, необходимо восполнять его потери.

5.3 Плавка едкого натра

Максимальная  концентрация едкого натра, достигаемая в выпарных установках, составляет 70 %. Более концентрированные растворы едкого натра обладают большой вязкостью и имеют высокую температурную депрессию, что делает неэкономичным дальнейшее обезвоживание NаОН в выпарных установках.

Для этого в  промышленности применяют плавильные котлы(горшки), изготовленные из щелочестойкого серого чугуна.

Температура кипения NаОН при атмосферном давлении составляет 1388°С, поэтому полное обезвоживание NаОН возможно лишь при этой температуре. Достижение такой высокой температуры связано с техническими трудностями. Вместе с тем присутствие в едком натре даже малого количества воды резко снижает температуру кипения плава. Для нагревания плава до таких температур используют дымовые газы, образующиеся при сжигании угля или природного газа.

Обезвоживание едкого натра может протекать  в одном плавильном горшке (периодический  процесс) или в батарее из 6-9 плавильных горшков последовательно. В этом случае плавка едкого натра ведется  непрерывно, так как обезвоживание продукта осуществляется по мере движения его через плавильные горшки.

При охлаждении плава в последнем плавильном горшке образуется три слоя: верхний  слой – белая каустическая сода в количестве 95 % массы всего плава – представляет собой готовый продукт; средний слой – серая каустическая сода 3 % возвращается обычно в соседний плавильный котел и нижний слой – красного цвета продукт 2 % является отходом производства.

 

6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ЕДКОГО НАТРА ИЗВЕСТКОВЫМ СПОСОБОМ (ОТДЕЛЕНИЕ КАУСТИФИКАЦИИ)

Схема представлена в приложении А.

Жженую известь из силоса – хранилища 1 дозируют лотковым питателем 3 в гаситель-каустификатор 6. Одновременно с известью из напорной мешалки 4 в гаситель поступает «нормальный» содовый раствор. Напорная мешалка 4 имеет перелив, через который избыток «нормального» содового раствора сливается в мешалку перелива 29. Суспензия, содержащая NаОН, Nа₂СО₃, СаСО₃ и избыточную известь, по сифонной трубке перетекает в сифонное корыто 9 с ситчатой корзиной, которая имеет отверстия размером 4х4. Не прошедшие через отверстия кусочки извести и несгоревшего топлива периодически вручную выгружают из корзины в отвал. Из сифонного корыта 9 щелочная суспензия перетекает в приемную мешалку суспензии 28, затем проходит пескоуловитель 27 и насосом 26 подается в каустификатор первой каустификации 10 для более полного использования извести. Степень каустификации раствора на выходе из каустификатра 10 составляет 84 %. Избыток суспензии из мешалки 28 через перелив попадает в мешалку перелива 29, смешивается с «нормальным» содовым раствором и насосом 30 перекачивается в напорный сборник 4 гасителя-каустификатора. Здесь суспензия после полуторачасового пребывания проходит пескоуловитель и центробежным насосом 25 подается в ряд параллельно работающих отстойников 12 (на схеме показан один отстойник). Осветленный слабый щелок при температуре 80 ºС, содержащий в среднем 130 г/л NаОН, 30 г/л Nа₂СО₃ и 11.3 г/л Nа₂SО₄, отбирают из переливного желоба отстойника и собирают в сборнике слабых щелоков 14 и далее передают на выпарку. Шлам из отстойника 12 поступает в каустификатор 13 второй каустификации. Для более полного использования оставшейся в шламе извести вторую каустификацию проводят при большом избытке соды (более 50 %). Необходимый для создания требуемого избытка содовый раствор подают в каустификатор 13. Здесь степень каустификации раствора обычно не превышает 55 %. Для разжижения шлама в каустификатор 13 поступает осветленная жидкость со второго яруса шестиярусного промывателя шлама 22. На верхний ярус промывателя шлама 22 насосом 23 направляют суспензию из каустификатора 13. Промывка шлама в промывателе 22 осуществляется конденсатом отделения выпарки и фильтратом шламовых фильтров 15, смешивающимися в сборнике 18. Промывную воду при температуре 75 ºС направляют через промыватель 22 противоточно шламу снизу вверх с помощью насосов 24. С верхнего яруса промывателя промывная вода направляется в отделение выпарки для растворения солей выпарки (Nа₂СО₃ и Nа₂SО₄), выделяющихся при концентрировании слабого щелока. Промытый шлам, имеющий температуру 75-80 ºС, поступает в сборник шлама 21 и подается в корыто барабанного вакум-фильтра 15. Отфильтрованный и промытый конденсатом шлам срезают с поверхности фильтра в шнековую мешалку 17; сюда же одновременно подают воду для разбавления шлама и через сборник- мешалку шлама 19 насосом 20 откачивают на «белое море».Сборники 2, 5 и 7 служат для хранения содового раствора, получаемого при растворении солей выпарки и промывных вод соответственно. Дозируя указанные растворы в смеситель 33, получают «нормальный» содовый раствор, который насосом 32 перекачивают через подогреватель 31 в напорный сборник «нормального» содового раствора 4.

 

 

 

 

 

 

 

7 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ ГАСИТЕЛЯ-КАУСТИФИКАТОРА И КАУСТИФИКАТОРА

7.1 Материальный баланс гасителя-каустификатора

В гаситель-каустификатор  подается содовый раствор, содержащий 60 н.д. Na₂CO₃  и 20 н.д. NaOH,и известь,содеожащая 85 % активной окиси кальция. На 1000 кг 92 %-ной каустической соды расходуется 1000 кг извести. Избыток против теоретического количества 5 %. Плотность содового раствора 1150 кг/м³. Степень каустификации раствора в гасителе-каустификаторе 75 %. С отбросами теряется 60 кг 85 %-ной извести, 101 кг CaCO₃ и 6 кг Na₂CO₃. Влажность отбросов 20 %. При промывке отбросов получается 312,1 кг раствора с общей щелочностью (в пересчете на Na₂CO₃) 48 %.

Решение.

Расход извести  А (в кг/м³) на каустификацию 1 м³ на каустификацию 1 м³ содового раствора подсчитываем по формуле

А=(1,4∙(С₁∙(К/100)-С₂)∙(100+L), где

С1 – общая щелочность содового раствора в пересчете на Na₂CO₃, н.д.;

С₂ – содержание NaOH в содовом растворе, н.д.;

К – теоретическая  степень каустификации, %;

L – избыток CaO_акт, %;

С_изв – содержание CaO в извести, %.

Для нахождения теоретической степени каустификации  К определим процентное содержание Na₂CO₃ в содовом растворе:

60∙2,65/1150∙100=13,85 %

где 2, 65 – коэффициент пересчета концентрации раствора из н.д. в г/дм³ или в кг/м³ . Степень каустификации раствора такой концентрации равна 93 %.

Отсюда: А=(1,4(80∙(93/100)-20)(100+5))/85=94,1 кг/м³

Расход содового раствора на 1000 кг каустической соды составит:

1000/94,1=10,6 м³/т или 10,6∙1,15=12,2т

Раствор содержит, кг:

Na2CO3	10,6∙60∙2,65=1685
NaOH	10,6∙20∙2,0=424
H2O	12200-1685-424=10091

(2,65 и 2,0 –  коэффициенты для пересчета концентрации Na₂CO₃ и NaOH из н.д. в г/дм³ или в кг/м³).

Общее содержание щелочи в содовом растворе: 1685+424∙106/(2∙40)=2247кг,

где 106 и 40 – молекулярные массы Na₂CO₃ и NaOH.

Расход воды на гашение CaO: 850 (18/56) =273 кг.

При этом образуется Ca(OH)₂: 850 (74,56)=1123 кг.

В растворе после  гасителя-каустификатора при степени  каустификации 75 % содержится, кг:

Na2CO3	0,25∙2247=562
NaOH	0,75∙2247∙80/106=1273

В результате каустификации  образовалось  NaOH: 1273 – 424=849 кг.

На образование 849 кг  NaOH пошло, кг:

Na2CO3	849∙106/(2∙40)=1123
Ca(OH)2	849∙74/(2∙40)=786

При этом образовалось CaCO₃: 849(100/2∙40)=1060,2 кг.

Количество Ca(OH)₂, теряемое с отбросами

60∙0,85∙74/56=67,4 кг,

Где 74 и 56 – молекулярные массы Ca(OH)₂  и CaO.

Вместе с  отбросами отводится, кг:

Na2CO3	0,25∙6=1,5
NaOH	0,76∙6((2∙40)/100)=3,4
H2O	(20(67,4+101+3,4+1,5))/80=43,3

С промывными водами отводится щелочи, кг:

В пересчете на Na₂CO₃  312,1∙(4,8/100)=15

В том числе  – 

Na2CO3	0,25∙15=3,8
NaOH	0,75∙15∙(2∙40)/106=8,5

Количество  воды, в которой растворены эти щелочи

312,1-8,5-3,8= 299,9 кг.

Количество  реагентов, отводимое с суспензией в первый каустификатор, составит, кг:

Na2CO3	1685-1123-1,5-3,8=556,7
NaOH	1273-3,4-8,5=1261,1
Ca(OH)2	1123-67,4-786=269,6
CaCO3	150+1060,2+101=1109,2
H2O	10091-273-43,3=9774,7

Материальный баланс гасителя-каустификатора (на 1000 кг каустической соды) представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Материальны баланс гасителя -каустификатора

Приход с содовым раствором	кг	Расход с суспензией в  каустификатор	кг
Na2CO3	1685	Na2CO3	556,7
NaOH	424	NaOH	1261,1
H2O	10091	Ca(OH)2	269,6
Всего	12200	CaCO3	1109,2
с известью		H2O	9774,7
CaO	850	Всего	12971,3
CaCO3	150	С отбросами
Всего	1000	Na2CO3	1,5
С водой на промывку отбросов		NaOH	3,4
H2O	300	CaCO3	101,0
		Ca(OH)2	67,4
		H2O	43,3
		Всего	216,6
		С промывными водами
		Na2CO3	3,8
		NaOH	8,5
		H2O	299,9
		Всего	312,1
Итого	13500	Итого	13500

7.2 Материальный баланс каустификатора

Исходя из условий  предыдущего примера, составим материальный баланс каустификатора, если из гасителя-каустификатора в него поступает суспензия со степенью каустификации раствора, равной 75 %. Степень каустификации раствора после каустификатора    составляет 85 %.

Общее содержание щелочи (в перещете на Na₂CO₃) в суспензии, вытекающей из каустификаторов первой каустификации6

556,7+1261,1∙(106/(2∙40))=2226,7 кг

При степени  каустификации 85 % суспензия содержит, кг:

Na2CO3	0,15∙2226,7=334
NaOH	0,85∙2226,7∙9((2∙40)/10690=1429,2

В результате каустификации  образовалось, кг:

NaOH	1429,2-1261,1=168,1
CaCO3	168,1∙(100/(2∙40))=210,9

(100 – молекулярная  масса CaCO₃).

Общее количество CaCO₃  в суспензии: 1109,2+210,9=1320,1 кг.

При этом прореагировало, кг:

Na2CO3	168,1∙(106/(2∙40))=224
Ca(OH)2	168,1∙(74/92∙

В суспензии  осталось Ca(OH)₂: 269,6-156,3=113,3 кг.

Материальный баланс каустификатора первой каустификации представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Материальный баланс каустификатора первой каустификации

Приход	кг	Расход	кг
С суспензией из гасителя-каустификатора		Суспензия в  отстойник
Na2CO3	556,7	Na2CO3	334
NaOH	1261,1	NaOH	1429,2
Ca(OH)2	269,6	Ca(OH)2	113,3
CaCO3	1109,2	CaCO3	1320,1
H2O	9774,7	H2O	9774,7
Всего	12971,3	Всего	12971,3