Сущность в обработке 18-20% р-ра Na2CO3 (210-220 г/л) негашеной известью при перемешивании и нагревании – каустификация.
Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3 (2)
CaO+H2O=Ca(OH)2 (1)
П-сс обратимый гетерогенный. При опред. условиях наступает состояние равновесия.
С: С увелич. конц. Na2CO3 в р-ре степень превращения ее в NaOH, вопреки принципу Ле-Шателье, понижается, т.к. в щелочном р-ре увеличивается совместная р-ть CaCO3 и Ca(OH)2.
Практически степень превращения не превышает 90% в равновесном состоянии. Исп-ют 18-20% р-ры Na2CO3, т.к. при более низких конц. мала скорость п-са.
Т: Повышение Т вызывает понижение выхода NaOH, т.к. увелич. р-ть CaCO3.
К(20ºС)=2100, К(100 ºС)=90.
Некоторые заводы ведут п-сс при 60-70 ºС, однако выгоднее вести при 100 ºС, т.к. в этих условиях одновременно повыш. скорость п-са и скорость осаждения шлама (CaCO3 и др. примеси) вследствие понижения вязкости р-ра.
Увеличению скорости каустификации способствует интенсивное перемешивание, т.к. возрастает скорость р-ии (1).
После отделения CaCO3 получаются щелока с 90-135 г/л NaOН. Конц. щелоков примерно такая же как при электрохим. способе. В дальнейшем их концентрируют упариванием и плавлением или обезвоживанием.
ПРИМЕНЕНИЕ
Сода каустическая (гранулированная) применяется в химической, газовой, металлургической, нефтехимической промышленности, а также для обезжиривания и обработки оборудования и тары на предприятиях пищевой промышленности (молокозаводы, масложиркомбинаты, ликеро-водочные предприятия, табакпром) и других отраслях народного хозяйства.
Основные операции п-са:
1)приготовление содового р-ра (декарбонизация)
2)приготовление «нормального» р-ра
3)взаимодействие «нормального» р-ра с Ca(OH)2 (первая каустификация)
4)отделение шлама, содержащего непрореагировавшую активную известь после первой каустификации.
5)обработка полученного шлама ж. из декарбонизатора (вторая каустификация)
6)промывка шлама, осветление щелоков
7)упаривание щелоков
8)обезвоживание гидроксида натрия.
- Для получения NaOН обычно технич. или сырой NaHCO3 разлагают паром в р-ре.
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2
Этот п-сс наз-ся декарбонизацией. При нагревании р-ра до 95-98 ºС в Na2CO3 превращается ок. 75% NaHCO3. Для превращения остальных 25% требуется больше времени. Разложение ускоряется при пропускании в р-р водяного пара, подогревающего ж. до 105-110 ºС. Пар уносит СО2, понижая его давление над р-ром и смещает равновесие вправо. *При декарбонизации отгоняется паром и аммиак, содержащийся в сыром NaHCO3.
Со скребкового транспортера (1) часть сырого гидрокарбоната ч/з питатель в смеситель (2) (большая часть сырого гидрокарбоната идет на кальцинирование). Сюда же из напорного бака (6) непрерывно подается конденсат, поступающий из цеха выпарки р-ров NaOH. Обр-ся в смесителе NaHCO3 пульпа перетекает в сборник (3) с мешалкой, а оттуда насосом перекачивается в декарбонатор (4). В верхней части имеются барботажные тарелки, нижняя (скруберная) часть заполнена насадкой. В низ подается пар (0,15МПа), движущийся противотоком к суспензии, и нагревает ее. При этом происходит разложение NaHCO3 с обр-ем р-ра Na2CO3 (305 г/л).
Р-р Na2CO3 стекает в нижнюю бочку-базу декарбонизатора и далее ч/з сборник (5) перекачивается на каустификацию. ПГС направляется в холодильник газа содовых печей, где присоединяется к потоку СО2, поступающему из печей.
Пар подается в третью снизу бочку; две нижние – переливные. NaНCO3 подается сверху, Na2CO3 выходит из нижней бочки-базы. Внизу декарбонатора Т=105-110 ºС, Р=0,15МПа, что уменьшает р-ть СО2, увеличивает скорость разложения NaНCO3.
- «Нормальный» содовый р-р готовят в смесителе (1) куда подаются дозированные кол-ва декарбонизированного р-ра, р-ра осадка после выпаривания щелока и щелочной воды.
«Нормальный» р-р: общая щелочность – 80 н.д., NaОН – 20 н.д., NaCl – 0,2 н.д., Na2SO4 – 7 н.д.
Na2SO4 улучшает выпадение NaOН при выпарке. Т-ра р-ра д.б. >80 ºС.
- Стадия проводится при 10% избытке извести во вращающемся аппарате – горизонтальном каустицере (2). Внутри барабана имеется рубашка 10мм для предохранения от истирания. С торцов барабан закрыт крышками с отверстиями.
Ч/з одну из крышек загружают известь и «нормальный» р-р. С противоположного конца выгружают суспензию (щелок со шламом). NaOН – в р-ре; CaCO3, Ca(OH)2 – в тв. фазе.
На выходе суспензии из каустицера установлена вытяжная труба (3) для удаления паров в атмосферу.
- Суспензию отделяют от шлама в ловушке (4). Она поступает в сборник с мешалкой (5), а оттуда в систему из 2-3 вертикальных каустицеров.
- В вертикальных каустицерах (6) происходит вторая стадия каустификации. Степень каустификации доводится до 85-90%. Затем ж. стекает в сборник (7), где отделяется от тв. примесей и подается в распред. коллектор щелоков (8).
- Из (8), снабженного шнековой мешалкой, суспензия плунжерным насосом подается в отстойник (9) для осветления. Из средней части отстойника осветленный щелок (135 г/л NaOН) при 80 ºС поступает в общий коллектор и затем на выпарку. Избыток щелоков направляется в буферный сборник (11) и снова в (9).
Для получения чистого продукта к осветленному щелоку добавляется немного Na2SO4. Шлам ч/з отверстие снизу (9) попадает в спец. карман, куда для разжижения шлама подается промывная ж. из второго яруса аппарата (12). Для более полного исп-ия оставшейся в шламе извести образующаяся пульпа из кармана-отстойника поступает в аппарат (10), куда добавляется содовый р-р.
Далее пульпа содержащая известь и соду подается в многоярусный аппарат (12) на промывку. Шлам промывается водами шламового фильтра и конденсатом с вакуум-выпарки. промывка проводится по принципу противотока: шлам – сверху вниз (1-6 ярусы), промывная вода – снизу (6 ярус) и послед. перекачивание наверх (до 2 яруса). При промывке шлама промывные воды обогащаются щелочью и поступают в карман отстойника (9) для разжижения шлама.
Прозрачная ж. из первого яруса при 75 ºС направляется в отделение выпарки. Шлам выходит из нижнего яруса и поступает во вращающийся вакуум-фильтр (13), где окончательно отмывается от щелочи конденсатом с вакуум-выпарки.
Отфильтрованная ж. и промывные воды из фильтра (13) поступают на промывку шлама в (12). Промытый шлам продувается на фильтре воздухом, разбавляется водой в сборнике (15) и перекачивается на станции абсорбции и дистилляции. Т/о осн. операции получения NaOН из Na2СО3 проводится в 2 аппаратах: в горизонтальном и вертикальном каустицерах. Наиболее медленными явл-ся – отстаивание и промывка шламов. Скорость отстаивания возрастает при добавлении Na2SO4, крахмала и солей железа.
Аппаратура для этих п-сов громоздкая и дорогая.
Скорость промывки можно увеличить при замене многоярусных аппаратов вакуум фильтрами.
Совершенствование технологии можно вести в направлении уменьшения кол-ва промывных вод. Этого можно добиться фильтрованием шлама первой каустификации. Можно применить повторный обжиг карбонатного шлама.