Производство кальцинированной соды

 

Содержание

Основные характеристики и область применения продукта………………………………………………3

Открытие кальцинированной соды…………………4

Физико–химические свойства……………………….4   Сырье: виды сырья, характеристика………………...5

Химическая схема получения продукта. Физико-химические основы химико-технологического процесса……………………………………………....7   Операционная схема………………………………………………….7                                                      Функциональная схема……………………………...8   Структурная схема…………………………………..9

Технологическая схема с описанием технологических процессов……………………………………………10

Операционная схема……………………………..13

Заключение…………………………………….....14

12. Список использованной литературы…………...14                       

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные  характеристики и область применения  продукта.

Сода кальцинированная техническая (натрий углекислый) – порошок или гранулы белого цвета. Химическая формула – Na₂CO₃.

Сода кальцинированная –  гигроскопичный продукт, на воздухе  поглощает влагу и углекислоту  с образованием кислой соли NaHCO₃, при хранении на открытом воздухе слеживается.

Применение соды кальцинированной характеризуется достаточно широким  спектром современных отраслей промышленности, в технологическом процессе которых  он играем едва ли не основную роль, а  лидером по её использованию  является производство стекла. К другим основным потребителям этого продукта относятся  электронная, целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, металлургическая промышленности. Кроме того, сода кальцинированная используется в производстве различных  товаров бытового назначения. Например, она служит в качестве сырья для  изготовления соды каустической. И, естественно, без кальцинированной соды немыслим процесс производства разнообразных  моющих средств, включая мыло. Большое  значение это вещество имеет при  обработке кожи, целлюлозы, а, также бокситов при производстве алюминия ив процессах обезжиривания металла

В частности кальцинированная сода применяется в производстве стекла различных видов: (оптического  и медицинского, хрусталя, пеностекла, стеклоблоков, компонента фритт для  глазурей, растворимого силиката натрия, керамических плиток). А в  цветной  и черной металлургии: для производства цинка, свинца, стронция, вольфрама, хрома, для десульфуризациии дефосфации чугуна, для нейтрализации среды, для очистки отходящих газов.

Кальцинированная сода высшего  сорта (марка А) применяется в  производстве электровакуумного стекла. Сода такой марки имеет строгий  нормированный гранулометрический состав. Кальцинированная сода (марка  Б) применяется в химических промышленностях  для осуществления производства жирных кислот и синтетических моющих средств и при очистке рассолов. Также не обойтись без нее в  производстве бариевых, хромовых, фосфорных  солей натрия. Сода, как сырье,которое содержит карбонат, используется в производстве аллилового спирта и глицеринов. Сода кальцинированная (марка Б), является главной составляющей нефтяной, анилинокрасочной, целлюлозно-бумажной и лакокрасочной промышленностей.

 

 

2. Открытие  кальцинированной соды

Сода была известна еще  в глубокой древности в качестве вещества, применявшегося для чистки и шипевшего при соприкосновении  с уксусом. Добывалась она до конца  восемнадцатого века преимущественно  из естественных месторождений Венгрии, Египта и других частей Африки и  из золы морских растений, преимущественно  в Испании. Сода того времени не отличалась чистотой.

В 1775 г. французская академия объявила премию в 12 тыс. ливров за лучший способ приготовления соды из поваренной соли. Однако удачного разрешении задачи в то время найти не удалось. И только, когда наступила французская революция 1789 – 1794гг., и Франция, испытавшая блокаду и окруженная войсками коалиции, была отрезана от подвоза иностранного сырья и товаров, - Комитетом общественного спасения вновь был объявлен призыв ко всем гражданам – найти путь освобождения отечественной промышленности от зависимости от заграничных товаров и материалов. Ответом на призыв явились 16 предложений фабрикации соды, из коих первенство отдано было методу, автором которого был врач Николай Леблан.

3. Физико–химические свойства.

• Бесцветный  кристаллический порошок без запаха, солено-щелочного вкуса, растворим в воде (1:2) с образованием щелочных растворов, практически не растворим в спирте.
• Молекулярная масса - 105,99 а. е. м.
• Температура плавления - 852 °C
• Растворимость - Не растворим в ацетоне, и сероуглероде, мало растворим в этаноле хорошо растворим в глицерине, и воде
• Плотность - 2,53 г/см³ (при 20 °C)
• Реагирует с металлами(кроме активных металлов)
• Реагирует с кислотами(сухая соль и концентрированная  кислота) 
• Реагирует со щелочами в водных растворах
• Реагирует с солями(реакции протекают в растворах и используются для получения практически нерастворимых оснований)
• При нагревании разлагается

4.Сырье, используемое  в производстве кальцинированной  соды

Производственное предприятие, независимо от того, к какой отрасли  оно принадлежит, сможет лишь тогда  развиваться и приносить прибыль, когда оно построено на здоровой основе. Для этого необходимо, прежде всего, чтобы оно было расположено  в таком пункте, где легче всего  достать сырье и материалы производства, а также хороших рабочих, и где, равным образом, лучше и выгоднее сбывать продукты производства, не нуждаясь для этого в особых сложных перевозочных средствах. Это основное положение для организации рационально работающего предприятия в особенности должно быть отнесено к содовым заводам, так как экономичность работы их определяется главным образом стоимостью основных видов сырья и топлива, в частности соли, известняка или мела, аммиачной воды, каменного угля и кокса. В виду значительных расходных величин этих продуктов, содовые заводы строятся обычно или непосредственно на данном сырье и топливе, или вблизи последних, чтобы стоимость транспорта этих сырьевых материалов не ложилась тяжелым накладным расходом на стоимость их добычи.

Соль (рассол). В аммиачном способе производства соды применяют не твердую соль, а рассол, что является большим преимуществом, так как добыча рассола путем подземного выщелачивания соли водой значительно дешевле добычи твердой соли обычным шахтным способом. Использование для приготовления рассола твердой соли, поднятой на поверхность земли, допустимо только в тех случаях, когда поваренная соль является отходом производства.

 

 

 

 

 

Известняк и мел. Вторым основным сырьевым материалом для производства соды служит известняк или мел. Более предпочтительным сырьем является известняк. Недостатком мела является его пористая порода, он легко впитывает влагу, нарушающая нормальный ход обжига его в известковых печах.

Обычно считается, что  наилучшим сырьем является известняк  с содержанием от 92% CaCO₃, влаги от 1 до 5% и минимальным количеством силикатов, хотя возможны отступления от этих условий, в зависимости от характера производств.

Кальцинированная сода встречается  в природе в больших количествах, главным образом в соляных  пластах и отложениях троны (минерала состава Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O). На Земле известны более 60 таких месторождений.

5. Химическая схема получения продукта. Физико-химические основы химико-технологического процесса.

 

В насыщенный раствор хлорида  натрия пропускают эквимолярные количества газообразных аммиака и диоксида углерода, то есть как бы вводят гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃: 
NH₃ + CO₂ + H₂O + NaCl → NaHCO₃ + NH₄Cl. 
 
Выпавший остаток малорастворимого гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140—160°C, при этом он переходит в карбонат натрия: 
2NaHCO₃ →(t) Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O. 
 
Образовавшийся CO₂ возвращают в производственный цикл. 
Хлорид аммония NH₄Cl обрабатывают гидроксидом кальция Ca(OH)2: 
2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O и полученный NH₃ также возвращают в производственный цикл.

 

Таким образом, единственным отходом производства является хлорид кальция, не имеющий широкого промышленного  применения. Но и его можно переработать, подвергнув электролизу, и полученный кальций вернуть в производство, превратив назад в гашёную  известь.

6.Операционная схема.

 

• Раствор хлорида натрия подают в отделение очистки рассола , куда подают известковую суспензию и кальцинированную соду.
• В отделении рассолоочистки происходит удаление кальциевых и магниевых примесей в виде нерастворимых.
• Очищенный рассол направляется в отделение абсорбции. Здесь он насыщается аммиаком и частично диоксидом углерода.
• Рассол охлаждается в отделении карбонизации, а затем насыщается диоксидом углерода. В отделении карбонизации образуется гидрокарбоната натрия, выпадающий в осадок.
• После карбонизации суспензия направляется в отделение фильтрации , где происходит отделение кристаллов гидрокарбоната натрия.
• Сырой гидрокарбонат натрия поступает далее на кальцинацию  в содовые печи, где он разлагается с образованием кальцинированной соды, диоксида углерода и паров воды.
• Кальцинированная сода направляется на склад.

 

7. Функциональная схема

Производство кальцинированной соды по аммиачному способу включает восемь основных отделений:

1. получение карбонатного сырья, подготовка и его транспортировка;
2. переработка карбонатного сырья с получением диоксида углерода с последующей его подготовкой и извести с получением известковой суспензии;
3. подготовка и очистка сырого рассола;
4. абсорбция: отмывка в промывателях газов, выделяющихся на других стадиях, от аммиака, двухстадийное насыщение раствора хлорида натрия аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающего со стадии дистилляции, охлаждение аммонизированного рассола;
5. карбонизация: отмывка от аммиака газа, покидающего стадию карбонизации, предварительная карбонизация с выделением гидрокарбоната натрия в осадительных колоннах, комприрование диоксида углерода, проступающего со стадии переработки карбонатного сырья и кальцинации;
6. фильтрация: отделение гидрокарбонат натрия на фильтрах;
7. кальцинация: обезвоживание и разложение гидрокарбоната натрия и очистка диоксида углерода;
8. регенерация аммиака (дистилляция): разложение содержащихся в фильтровой жидкости карбонатов и гидрокарбонатов аммония в конденсаторе и теплообменнике дистилляции, с получением диоксида углерода, аммиака и хлорида кальция

 

 

ыва

 

 

 

 

 

 

8.Структурная схема

 

 

9.Технологическая схема с описанием технологических процессов.

 

Производство кальцинированной соды по аммиачному способу включает восемь основных отделений:

• получение карбонатного сырья, подготовка и его транспортировка; переработка карбонатного сырья с получением диоксида углерода с последующей его подготовкой и извести с получением известковой суспензии;
• подготовка и очистка сырого рассола;
• абсорбция: отмывка в промывателях газов, выделяющихся на других стадиях, от аммиака, двухстадийное насыщение раствора хлорида натрия аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающего со стадии дистилляции, охлаждение аммонизированного рассола;
• карбонизация: отмывка от аммиака газа, покидающего стадию карбонизации, предварительная карбонизация с выделением гидрокарбоната натрия в осадительных колоннах, комприрование диоксида углерода, проступающего со стадии переработки карбонатного сырья и кальцинации;
• фильтрация: отделение гидрокарбонат натрия на фильтрах;
• кальцинация: обезвоживание и разложение гидрокарбоната натрия и очистка диоксида углерода;
• регенерация аммиака (дистилляция): разложение содержащихся в фильтровой жидкости карбонатов и гидрокарбонатов аммония в конденсаторе и теплообменнике дистилляции, с получением диоксида углерода, аммиака и хлорида кальция.

Описанные стадии можно показать в виде принципиальной схемы производства кальцинированной соды, которая и  изображена на рисунке

На основании ряда научных  работ была разработана принципиальная схема малоотходного совместного  производства соды, хлоридов аммония, кальция и кальциевых продуктов.

Раствор хлорида натрия (рассол) подают в отделение очистки рассола  I, куда подают известковую суспензию и кальцинированную соду. В отделении рассолоочистки происходит удаление кальциевых и магниевых примесей в виде нерастворимых соединений (раздел 1 уравнение 1.6–1.7). Очищенный рассол направляется в отделение абсорбции П. Здесь он насыщается аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающим из отделений дистилляции, карбонизации и после вакуум-фильтров.

Рассол охлаждается в  отделении карбонизации III, а затем насыщается диоксидом углерода, нагнетаемым компрессорами из известковых и содовых печей. В отделении карбонизации образуется гидрокарбоната натрия, выпадающий в осадок, и хлорид аммония, остающийся в растворе.

После карбонизации суспензия  направляется в отделение фильтрации IV, где происходит отделение кристаллов гидрокарбоната натрия.