Производство кальцинированной соды.

 

В настоящее время производство Na₂CO₃ составляет примерно 6 миллионов тонн. Она находит применение в металлургической, стекольной, пищевой, целлюлозно-бумажной, текстильной, нефтяной отраслях промышленности и т.д.

Промышленность выпускает несколько типов содопродуктов:

Nа₂CO₃ безводный – карбонат натрия, кальцинированная сода

NаHCO₃ – бикарбонат натрия, пищевая сода

Nа₂CO₃•ω H₂O – кристаллическая сода

Nа₂CO₃•H₂O – тяжелая сода

В настоящее время существуют 2 промышленных способа производства соды

1. из щелочей алюминиевого производства

(около 10% Nа₂CO₃, 5% K₂CO₃, 5% K₂SO₄ – дробная кристаллизация)

2. основной способ – аммиачный

(метод Сольбе) теоретические основы метода заложены русским ученым Федотьевым.

Сырье: насыщенный раствор NaCl, NH₃ и CO_2.

В основе процесса лежит реакция:

1) NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃ + NH₄Cl

2) далее: 2 NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Исходные газы получают следующим образом:

CaCO₃ CaO + CO₂

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

NH₄Cl + Ca(OH)₂ = NH₃ + H₂O + CaCl₂

Реакция (1) является суммарной для следующих процессов

А) 2NH₃ + CO₂ + H₂O = (NH₄)₂CO₃

Б) (NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2NH₄HCO₃

В) NaCl + NH₄HCO₃ NaHCO₃ + NH₄Cl

Последняя реакция является основной, и выход продукта определяется условиями её проведения.

Насыщенный СО₂ аммиачно-солевой раствор представляет собой сложную двухфазную систему: жидкая фаза представляет собой раствор солей NаCl, NH₄Cl, NaHCO₃, NH₄HCO₃, (NH₄)₂CO₃; твердая фаза – NaHCO_3.

Степень осаждения бикарбоната натрия зависит от следующих условий:

1. от соотношения NaCl и NH₃ в растворе

– с уменьшением соотношения NaCl / NH₃ степень осаждения NaHCO₃ возрастает

2. количества воды в системе

– с увеличением количества воды больше NaHCO₃ будет находиться в растворе, то есть уменьшается выход продукта.

3. степень насыщения раствора СО₂

– она должна быть ближе к соотношению СО₂: NH₃ в молекуле NH₄HCO₃, при этом больше осаждается NaHCO₃ из раствора, т.к в присутствии NH₄HCO₃ растворимость NaHCO₃ уменьшается.

Растворимость NaHCO₃ наименьшая из всех солей

Для характеристики процесса вводят коэффициент использования ионов Na⁺ и NH₄⁺

V_Na+ характеризует степень превращения NаCl в осадок NaHCO₃

V _NH4+ характеризует степень превращения NH₄HCO₃ в NaHCO₃

[Na⁺]; [Cl^-]; [NH₄⁺] и [HCO₃^-] – концентрации ионов в маточном растворе

При 32°С V _Na+ = V _NH4+ = 84%

При 15°С V _Na+ = 78, 8%

V _NH4+ = 85, 1%

Практический выход составляет примерно 70%.

 

Диаграмма растворимости в системе NаHCO₃–NH₄HCO₃–NH₄Cl–NaCl– H₂O

Cвойства квадратной диаграммы

1. Точка на диагонали квадрата соответствуют растворам, содержащим две соли, указанные в вершинах углов, через проведена диагональ: NаCl, NH₄HCO₃ – исходные соли (метастабильная диагональ); NH₄Cl, NaHCO₃ – продукты (стабильная диагональ).

2. Точка а – пересечение двух диагоналей. Представляет собой смесь равных количеств всех четырех солей

3. Если составу начального раствора соответствует точка R в площади квадрата, то при упаривании состав раствора будет меняться по секущей, проведенной через R и вершину угла квадрата той области кристаллизации, где находится R до линии изотермы (точка Q)

4. На изотерме в точке Q в осадке содержится 2 соли, поле кристаллизации которых граничат с изотермой. При дальнейшем упаривании кристаллизация идет вдоль линии изотермы до тройной точки (Р₁ или Р₂)

Линии изотермы делят весь квадрат на 4 области кристаллизации. Область, прилегающая к NaHCO₃ (NaHCO₃–2–Р₁–Р₂–1) – это область кристаллизации NaHCO₃, самая большая т.к. растворимость ее минимальна.

Область кристаллизации NH₄HCO₃: NH₄HCO₃–2– Р₁–3;

Область кристаллизации NH₄Cl: NH₄Cl–3–Р₁–Р₂–4;

Область кристаллизации NаCl: NаCl–1–Р₂–4;

У стабильной диагонали – на границе 2 тройные точки, у метастабильной – 1 точка.

Вдоль лучей 2–Р₁; 3–Р₁; 4–Р₂ и 1–Р₂ кристаллизуются 2 соли, например, вдоль 2–Р₁ – NаHCO₃ и NH₄HCO _3.

Точки, в которых сходятся 3 луча, эвтоническими

Линии со знаками 40, 30, 20, 19 – изогидры – количество молей воды на 1 моль сухой соли для полного растворения.

Максимальный выход соды будет, если взять исходный состав соли в точке а. Но чтобы повысить коэффициент использования NH₄HCO ₃ берут избыток NаCl (точка б) и тогда выход меньше.

Наибольший выход получается при 32°С.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: