|
|
Производство кальцинированной соды
Известковое молоко, необходимое в содовом произ водстве для регенерации аммиака из хлористого аммония по реакции
2NH4C1 + Са(ОН)2 → CaCl2 + 2NН3 + 2Н2О,
получают гашением извести избытком воды:
СаО+ Н2О → Са(ОН)2
В воде Са(ОН)2 растворяется плохо, причем с повы шением температуры растворимость уменьшается. При 0°С растворяется 0,185 г на 100 г Н2О, а при 100°С всего лишь 0,077 г па 100 г Н2О. Поэтому для разложения хло ристого аммония применяют не гомогенный раствор, а суспензию Са(ОН)2 в воде, называемую известковым мо локом. Концентрация взвешенной гидроокиси кальция в из вестковом молоке должна быть по возможности высокой, так как чем меньше воды поступит с известковым моло ком в отделение дистилляции, где регенерируется ам миак, тем меньше тепла (пара) будет израсходовано на нагревание этой воды в процессе регенерации. Макси мально возможная концентрация известкового молока ограничивается его вязкостью: слишком вязкую суспен зию трудно транспортировать, очищать от примесей и дозировать. Вязкость суспензии зависит не только от концентрации взвешенной Са(ОН)2, но и от температуры. С повышением температуры вязкость уменьшается. По этому известковое молоко получают при высокой (90° С) температуре, которая обеспечивается применением для гашения горячей воды, а также выделением тепла в процессе самой реакции гашения. Это тепло мог ло бы повысить температуру известкового молока при мерно на 75° С, но практически значительная часть тепла теряется в процессе гаше ния на испарение воды и теплоизлучение. Поэтому известковое молоко с тем пературой 90—95° С мож но получить, используя для гашения воду, подогретую до 60—65°С.
На качество известкового молока заметно влияет ка чество извести. Имеет, например, значение температура, при которой обжигалось карбонатное сырье: чем она выше, тем медленнее гасится полученная известь и тем менее дисперсным получается известковое молоко. При слишком высокой температуре обжига (выше 1350°С) получается известь, которая практически уже не гасится водой.
Из примесей, встречающихся в извести, больше всего влияет па продолжительность гашения сульфат кальция.
Высокая степень дисперсности известкового молока имеет значение не только для скорости разложения хло ристого аммония. Высокодиспергированная суспензия труднее расслаивается, лучше сохраняет свою однород ность, что важно при дозировке, не засоряет трубопрово ды и меньше изнашивает насосы и коммуникации. При мерный состав известкового молока следующий:
Са(ОН)2 …………………. 200 – 250 н.д.
Mg(OH)2 …………………1 – 2 г/л
СО2-3 …………………….. 7 – 14 н.д.
СаSO4 …………………… 1 – 3 г/л
SiO2 + нерастворимые в воде
HCl примеси ………………...10 – 20 г/л
R2O3 ………………………..5 – 8 г/л
Плотность ………………….1,26
Технологическая схема получения известкового молока
Технологическая схема получения известкового моло ка включает две основные операции: гашение извести горячей водой и очистку известкового молока от круп ных кусков и мелких зерен недопала, перекала и других нерастворимых примесей.
Движение материальных потоков но отдельным аппа ратам показано на рис. 8. Из рабочего бункера 2 из весть подастся лотковым питателем 1 во вращающийся барабан-гаситель 3, куда одновременно поступают на гретая вода и промывные воды после промывки отбросных примесей извести (слабое известковое молоко).
Рис. 8 технологическая схема приготовления известкового молока:
1 – лотковый питатель; 2 – рабочий бункер; 3 – барабан – гаситель; 4 – конденсатор; 5 – сортировочный барабан для крупного недопала; 6 – транспортер; 7 – сортировочный барабан; 8 – шнек; 9 – шаровая мельница мокрого помола; 10 – мешалка неочищенного слабого известкового молока; 11 – виброгрохот; 12 – мешалка очищенного слабого известкового молока; 13 – мешалка отбросного шлама; 14 – классификатор; 15 – мешалка концентрированного известкового молока.
В гасителе 3 известь гасится и образуется известковое молоко с примесью различного размера кусков недопала, перекала и прочих непогасившихся частиц извести. Из вестковое молоко вместе с примесями поступает из гасителя 3в сортировочный барабан 5 для крупною недопала, представляющий собой сито с отверстиями размером 40 мм. Сортировочный барабан для крупного недопала является продолжением гасителя, вращается вместе с ним и служит для отделении от известкового молока крупных кусков недопала.
Известковое молоко, проходя через отверстия в бара бане, поступает для дальнейшей очистки в сортировочный барабан 7 для мелкого недопала. Крупные куски недопала (размером более 40 мм) в конце барабана промы ваются горячей водой, поступают на транспортер 6 и передаются в известковые печи для повторного обжига. Сортировочный барабан 5 для крупного недопала за ключен в кожух, оборудованный двумя вытяжными тру бами для удаления образующегося в гасителе пара. Одна труба идет к конденсатору 4, где пар из гасителя, конденсируясь, подогревает воду, идущую на гашение, а вторая труба отведена в атмосферу на случай ремонта или чистки конденсатора,
В сортировочном барабане 7 для мелкого недопала, представляющем собой вращающееся перфорированное сито с отверстиями 2Χ10 мм, от известкового молока от деляются частицы, имеющие размер более 2 мм. Извест ковое молоко, проходя через сито, попадает в конусооб разный приемник кожуха, в который заключен сортиро вочный барабан, откуда идет для окончательной очистки от примесей в классификатор 14. Оседающий на дно классификатора шлам выгребается реечным механизмом, промывается горячей водой и поступает в мешалку шла ма 13. Концентрированное молоко, освобожденное от шлама, подается в мешалку известкового молока 15 л далее по своему назначению — в отделение дистилляции.
Оставшиеся в сортировочном барабане твердые части цы размером более 2 мм при вращении барабана посте пенно перемещаются вдоль него и выгружаются в шнек 8, при помощи которого подаются в шаровую мельницу мокрого помола 9. В мельнице одновременно с размолом происходит гашение извести, вскрываемой при размоле кусочков перекала. Получающееся в мельнице слабое известковое молоко вместе с примесями перетекает в ме шалку 10, куда отводится также слабое известковое молоко, образующееся при промывке недопала. Для очи стки от шлама слабое известковое молоко из мешалки 10 откачивают центробежным насосом в виброгрохот 11. Шлам из виброгрохота поступает в мешалку отбросного шлама 13, а очищенное слабое известковое молоко по падает в мешалку очищенного слабого молока 12, откуда насос подает его в гаситель.
Шлам из классификатора 14 и виброгрохота 11 раз бавляется в мешалке 13 отбросной жидкостью дистилле ра и центробежным насосом откачивается в накопитель отбросной жидкости — так называемое «белое море».
Нормы технологического режима отделения известкового молока, их регулирование и контроль
Наиболее важные рег ламентируемые показате ли, характеризующие ка чество известкового моло ка и обеспечивающие нор мальную работу отделе ния дистилляции, это кон центрация Са(ОН)2 или свободного СаО и температура молока. На содовых за водах концентрацию свободного СаО в известковом мо локе называют титром молока, так как ее определяют обычным титрованием молока соляной кислотой.
Для производства необходимо, чтобы содержание Са(ОН)2 в известковом молоке было возможно выше, так как при этом уменьшается объем дистиллерной жид кости, а следовательно, повышается производительность отделения дистилляции и уменьшаются расход пара и потери извести и аммиака с отбросной жидкостью ди стиллера. Однако чрезмерно высокая концентрация Са(ОН)2, повышая вязкость суспензии, создает затруд нения в работе гасителя и очистке молока от примесей. Практика показала, что допустимая концентрация Са(ОН)2 в молоке (титр) может быть в пределах 200—250 н. д. Кроме того, колебания титра молока должны быть минимальными, так как они усложняют регулиро вание дозировки молока в отделении дистилляции и по вышают потери извести и аммиака с отбросной жид костью дистиллера. В отбросной жидкости допускаются колебания свободного СаО 1—2 н. д., т.е. в пределах одного нормального деления. В аппаратах отделения ди стилляции известковое молоко разбавляется примерно в 4 раза. Отсюда следует, что колебания титра молока не должны превышать 4 н. д.
Титр молока регулируют путем изменения количества воды, подаваемой на гашение. Колебания титра вырав нивают в сравнительно больших емкостях — мешалках известкового молока. Количество извести, подаваемой вгаситель, определяется расходом известкового молока потребляющими цехами (кальцинированная сода, каус тик, водоочистка и пр.).
О концентрации Са(ОН)2 в известковом молоке в первом приближении можно судить по его плотности, из мерить которую легко может аппаратчик непосредствен но в цехе. Для более точного определения каждые 30 мин. производят анализ на содержание свободного СаО в це ховой лаборатории.
Возможность получения известкового молока с высо ким титром свободного СаО ограничена вязкостью полу чаемого молока, которая зависит не только от концентра ции, но и от температуры. С повышением температуры вязкость молока уменьшается, улучшаются условия для его очистки от примесей, а также облегчаются его транс портирование и дозировка. Поэтому для получения моло ка с высоким титром необходимо проводить гашение извести при повышенной температуре. Нормы технологи ческого режима предусматривают конечную температуру молока 85—95° С. Эта температура в значительной мере зависит от температуры, поступающей на гашение воды, подогреваемой за счет тепла конденсации водяных паров, выходящих из гасителя. Для подогревания можно ис пользовать отработавшую воду из холодильника газа содовых печей или из холодильника газа дистилляции.
В нормах технологического режима предусмотрено содержание СО32- в известковом молоке в количестве 7—12 н. д. Эта величина характеризует содержание в мо локе CaCO3, бесполезной неактивной извести, которая практически не вступает во взаимодействие с NH4C1, т. е. степень очистки молока от примесей. Очищать известковое молоко надо до экономически разумных преде лов, так как с повышением степени очистки процесс усложняется. Норма содержания СО32- в известковом молоке и указывает этот разумный предел.
Абсорбция
Назначение абсорбера состоит в том, чтобы произвести окончательное насыщение рассола из промывателя колонн аммиаком.
Рассол поваренной соли, содержащий 310 г/л хлорида натрия, предварительно очищенный от примесей других солей, поступает в абсорбер, в который подают аммиак из колонны дистилляции, где протекает регенерация аммиака и маточной жидкости после вакуум – фильтров. Также в абсорбер поступает газ, содержащий аммиак и углекислоту из печи кальцинации бикарбоната.
При плохой очистке рассола от солей кальция и магния в процессе аммонизации могут происходить побочные нежелательные реакции: аммиак и углекислота будут взаимодействовать с солями кальция и магния, образуя осадки углекислого кальция и гидроокиси магния, которые могут отлагаться на стенках аппаратов и трубопроводов. При систематическом нарушении режима очистки рассола отложения CaCO3 и Mg(OH)2 на стенках аппаратов и трубопроводов могут нарушить нормальную работу отделения абсорбции.
Весь процесс абсорбции зависит, главным образом, от двух факторов:
от количества газов, приходящих в абсорбер из колонны дистилляции и печи кальцинации бикарбоната;
от количества рассола, поступающего на дистилляцию, то регулирование процесса абсорбции заключается в регулировании поступления рассола в таком количестве, чтобы насыщенная аммиаком жидкость имела необходимую концентрацию.
Технологическая схема отделения абсорбции
Технологическая схема отделения абсорбции должна обеспечить высокую степень очистки выхлопных газов от аммиака, для чего необходимо промывать эти газы свежим рассолом, содержащим минимальное количество аммиака.
Абсорбция диоксида углерода идет значительно медленнее, чем аммиака, поэтому аппаратура должна быть рассчитана так, чтобы обеспечивать поглощение заданного количества аммиака и максимально возможного количества диоксида углерода.
Свежий рассол, прежде всего, используют для поглощения аммиака из выхлопных газов. Около 75-80% рассола поступает из напорного бака 3 в промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ) 4, где поглощается аммиак из воздуха, проходящего через фильтрующую ткань вакуум-фильтров и содержащего примерно 0,5-1% NH3. После ПВФЛ рассол идет во второй промыватель газа колонн (ПГКЛ-2) 7, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения карбонизации, содержащих до 10% NH3. Остальные 20-25% свежего очищенного рассола из напорного бака 3 поступают в промыватель газа абсорбции (ПГАБ) 1, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения абсорбции, содержащих до 5% NH3. Попутно поглощается некоторое количество углекислоты, содержащейся в выхлопных газах. Газ из ПВФЛ поступает на вакуум-насос 5, создающий разрежение на вакуум-фильтрах, и выбрасывается в атмосфер. Газ из ПГАБ также поступает на вакуум-насос 2. Он содержит не менее 75% СО2, поэтому вакуум-насос передает его на смешение с углекислым газом содовых печей и затем на-карбонизацию. Выхлопные газы из ПГКЛ-2выбрасывают в атмосферу.
Рис.8. Типовая технологическая схема отделения абсорбции:
1-промыватель газа абсорбции;
2,5-вакуум-насосы;
3-напорный бак;
4-промыватель воздуха фильтров;
6-холодильник газа дистилляции;
7-второй промыватель газа колонн; 8-сепаратор-брызгоуловитель;
9 - сборник амминизированного рассола; 1
0, 12-оросительные холодильники;
11-постамент (резервуар); 13-второй абсорбер;
14-первый абсорбер
Рассол после промывки выхлопных газов из ПГКЛ-2 и ПГАБ поступает на основную операцию — поглощение аммиака из газа дистилляции, осуществ-ляемое в две сту пени — в первом абсорбере (АБ-1) 14 иво втором абсорбере (АБ-2) 13. Две ступени абсорбции вызываются не обходимостью в промежуточном охлаждении рассола, нагревающегося от растворения и взаимодействия NH3 и СО2 и от конденсации водяного пара, поступающего с газом дистилляции, После первого абсорбера рассол, нагретый до температуры 60— 65° С, охлаждают до 28-32° С в оросительном холодильнике 12, после чего он по ступает во второй абсорбер, где также нагревается при мерно до 65° С и поэтому прежде, чем поступить в сбор ник аммонизированного рассола (САР) 9, вторично охлаждается в оросительном холодильнике 10. Чтобы обеспечить самотек рассола на оросительный холодиль ник, второй абсорбер и стоящие на нем аппараты распо ложены на постаменте — резервуаре 11.
Газ из отделения дистилляции сначала охлаждается и осушается в холодильнике газа дистилляции (ХГДС) 6 охлаждающей водой и затем, пройдя сепаратор - брызгоуловитель 8, противотоком к рассолу проходит последо вательно второй и первый абсорберы, где аммиак погло щается почти целиком. Вместе с аммиаком из газа поглощается большая часть углекислоты. Непоглотившиеся газы идут в ПГАБ (1). При охлаждении газа дис тилляции в ХГДС водяные пары конденсируются, обра зуя конденсат, содержащий до 150—200 н. д. аммиака и углекислоту. Аммиак из таких жидкостей, называемых «слабыми», регенерируют на отдельной установке. Полу чаемый при этом газ, содержащий NН3, CO2 и Н2О и охлажденный до 58—60° С, поступает обычно в первый абсорбер.
Карбонизация аммонизированного рассола
Процесс карбонизации (насыщения аммонизированного рас сола диоксидом углерода), в результате которого образуется гидрокарбонат натрия, является основным процессом содового производства. В отделении карбонизации получают заданное количество содержащей гидрокарбонат натрия суспензии в виде непрерывного материального потока, передаваемого в отделение.
Качество суспензии определяется качеством содержащегося в ней продукта— гидрокарбоната натрия. Очень часто о каче стве гидрокарбоната натрия судят по его фракционному составу. Определяющей оценкой качества суспензии является содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, полученном фильтрацией этой суспензии в стандартных условиях. Оценку работы карбонизационной колонны можно дать, используя безразмерный технический критерий оптимальности:
Θ = υс хссвяз(4.2-0.lωс)
υс –расход суспензии, выходящей из карбонизационной колонны, м3/с;
хссвяз – концентрация связанного аммиака в осветленной части суспензии, н.д.;
ωс – содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, %.
Чем выше производительность по гидрокарбонатy натрия и меньше остаточная влага впродукте, тем лучше работает карбонизационная колонна, т. е. необходимо стремиться к увеличению абсолютного значения критерия оп тимальности.
В результате процесса карбонизации из раствора в осадок выпадает гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции
NaCl + NH3 + СО2 + Н2О ↔ NaHCO3 + NH4C1.
Эта реакция характеризует только конечный результат вза имодействия хлорида натрия и гидрокарбоната аммония. В дей ствительности процесс карбонизации протекает гораздо слож нее, и его механизм до настоящего времени окончательно не выяснен.
Процесс карбонизации ведут ступенчато. Вначале аммонизи рованный рассол обрабатывают газом известковых печей в колонне предварительной карбонизации (КЛИК), затем в пер вом промывателе газа колонн (ПГКЛ-1)— газами, отходящими из осадительных колонн, и, наконец, — в осадительных колоннах (КЛ),в нижнюю часть которых вводят смешанный газ (65—75 % СО2), а в среднюю часть —газ известково-обжигательных пе чей.
На первой стадии карбонизации большая часть диоксида углерода связывается в карбамат аммония
2NH3 + СО3 → NH2COONH4,
который затем гидролизуется
NH2COONH4 + Н2О ↔ NH4HCO3+NH3,
с образованием пересыщенного по НСОз-раствора. Затем из пересыщенного раствора кристал лизуется гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции
NH4HCO3+ NaCl ↔NaHCO3 + NH4Cl.
Процесс насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода является экзотермическим. Выделяющееся тепло реакции в конечной стадии процесса необходимо отвести, чтобы обеспечить необходимые степени карбонизации раствора и утилизации (использования) натрия.
Температурный режим карбонизаци онной колонны значительно влияет на процесс образования кри сталлов гидрокарбоната натрия. Для получения крупных кри сталлов гидрокарбоната натрия правильной формы, которые не забивают фильтрующую поверхность вакуум-фильтров и мало растворимы в процессе фильтрации, необходимо поддерживать сравнительно высокую температуру (60—72 °С) в зоне образова ния и в начальный период роста кристаллов. В процессе даль нейшего роста кристаллов температура уже не оказывает суще ственного влияния на их размер.
Процесс кристаллизации начинается с образования зароды шей в виде очень мелких кристалликов гидрокарбоната натрия, из которых при поддержании нормального технологического ре жима образуются кристаллы в форме коротких цилиндров — «бочки». При ухудшении процесса кристаллизации образуются кристаллы, имеющие форму длинных цилиндров и склонные к образованию сростков в виде «снопов» (друзы). В этом слу чае выделяется большое количество мелочи в виде игольчатых кристаллов и бесформенных обломков. Такие кристаллы при фильтрации уплотняются и удерживают в образовавшихся мелких ячейках много влаги, т. е. увеличивается содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия.
Технологическая схема отделения карбонизации
Аммонизированный рассол из сборника аммонизированного рассола (САР) поступает в колонну предварительной карбони зации (КЛПК), в которую подается также газ известковых пе чей, содержащий 32—36 % (об.) СО2 при обжиге мела и 38—40% (об.) СО2 при обжиге известняка. Из КЛПК жидкость при температуре 42-46°С направляется в первый промыватель газа колонн (ПГКЛ-1). Сюда же поступает газ из КЛПК и осадительных колонн. В ПГКЛ-1улавливается аммиак, отдутый карбонизующим газом из КЛПК.
За время прохождения жидкости через ПГКЛ-1 ее темпера тура повышается на 5—8°С. Для дополнительного охлаждения жидкости после ПГКЛ-1 предусматривается теплообменник, откуда жидкость поступает в осадительную карбонизационную колонну. В нижнюю часть колонны подается смешанный газ (первый ввод), содержащий диоксид углерода 70-80% (об.), а в среднюю часть — газ известковых печей (второй ввод). Газ из осадителной карбонизационной колонны направляется в ПГКЛ-1, а суспензия—в отделение фильтрации.
Карбонизационные колонны работают сериями, чтобы обес печить непрерывность потока суспензии, направляемого в от деление фильтрации. Наибольшее распространение получили се рии, состоящие из четырех карбонизационных колонн, из кото рых три работают в качестве осадительных, а одна — колонна предварительной карбонизации.
Аппаратура отделения карбонизации
Карбонизационная колонна КЛ. Она яв ляется основным аппа ратом отделения карбо низации. КЛ представ ляет собой цилиндрическую пусто телую колонну диамет ром до 3 и высотой до 27 м, состоящую из ря да чугунных бочек или царг. Сверху через штуцер 5 и колонну по ступает из ПГКЛ-1 подлежащий карбони зации раствор, а снизу через штуцер 2 и в се редине через штуцер 9— углекислый газ. При работе колонна за полнена раствором до определенного постоян ного уровня.
Рис.9. Карбонизационная колонна (диаметром 2680 мм):
1-бочка-база; 2-штуцер для входа газа;3-холодильная бочка;4-абсорбционная бочка;5-штуцеры для входа жидкости;6-сепарационные бочкм;7-штуцеры для выхода газа;8-барботажная колонна;9-штуцер для входа газа;10-штуцер для выхода суспензии.
Осуществлению принципа противотока может препят ствовать продольное перемешивание жидкости газом по высоте колонны. Чтобы это перемешивание свести к минимуму, между отдельными бочками 4 колонны устанавливают пассеты, или барботажные тарел ки 8.Тарелка состоит из днища 2 иперекрыва ющего его колпака 1.
Барботажные тарелки пре пятствуют продольному перемешиванию жидкости в ко лоне и обеспечивают равномерное распределение газа по сечению колонны и способствуют увеличению по верхности контакта между газом и жидкостью.
В верхней части колонны установлены две пустые сепарационные бочки 6, предназначенные для отделения увлекаемых газом брызг жидкости и имеющие водомерные стекла для наблюдения за уровнем жидкости в колонне. Сверху колонна закрыта крышкой, на которой находится штуцер 7 для выхода газа и для установки предохранительного клапана.
В основе карбонизационной колонны установлена бочка-база 1 со сферическим днищем и штуцерами 10 и 2, через которые выводится суспензия бикарбоната натрия и подается компрессором смешанный газ (1-го ввода).
Бочки и барботажные тарелки колонны изготавливают из чугуна. Тонкостенные трубки в холодильных бочках толщиной 6мм делают из углеродистой стали или из специального чугуна, содержащего 0,5% Ni,0,4% Mn,3,3% C и 0,4% Cr.
|
|
|
Скачать 398.02 Kb.