Здавалка
Главная | Обратная связь

Промисловість реактивів і особливо чистих речовин. 11 страница



Для створення оптимальних умов випалювання колчедану треба, щоб температура твердої маси на поверхні полиць печей не перевищувала 900 °С. Якщо колчедан випалюють у завислому стані, температуру можна підтримувати на 100‑150 °С вище, слід також мати надлишок повітря.

Печі для випалювання колчедану.Застосовують печі трьох типів: механічні поличкові печі з перемішуванням колчедану, печі для випалювання у завислому стані і печі для випалювання у киплячому шарі.

Механічні поличкові печіпридатні для випалювання будь-якої сипкої сировини: флотаційного і звичайного сульфатного колчедану, сульфідних руд кольорових металів, газоочисних мас, в яких містяться сульфітні сполуки. Після випалення колчедану у печах недопалок містить у середньому до 2 % S. Продуктивність печі у середньому 35 т колчедану на добу. Утворений сірчистий газ містить у середньому 9 % SO2, 9 % О2 і 82 % N2.

Рис. 11.1. Схема печі для випалювання колчедану у киплячому шарі: 1 – бункер під вальною камерою; 2, 10 – охолоджуючі елементи; 3 – завантажувальна камера; 4 – вихлопна труба; 5 – вихід газу; 6 – колектор; 7форсунки; 8 – бункер; 9 – опорна рама

Якщо під час випалення у печах відбувається спікання недопалку, їх замінюють печами випалення порошкоподібного колчедану у завислому стані. Ці печі працюють добре, якщо колчедан і повітря подаються рівномірно та у певному співвідношенні. Температура у них досягає 1100 °С, що дає змогу зменшити надлишок повітря порівняно з механічними печами. Утворений газ містить до 13 % SO2, а у недопалку залишається 1,0‑1,5 % S. Теплота газів, що виходять з температурою 1000 °С, використовують у котлах-утилізаторах. Істотним недоліком цих печей є високий вміст пилу у газі (до 300 г/м3) і висока температура недопалка. Проте висока продуктивність, простота будови та інші позитивні якості набагато перевершують їх недоліки.

Схему печі для випалення колчедану у киплячому шарі (КШ) наведено на рис. 11.1. Внаслідок повного обмивання часточок колчедану повітрям S вигорає дуже швидко, чим досягається висока інтенсивність процесу. Газ містить до 15 % SO2, вміст S у недопалку близько 0,5 %. Пилу виноситься з газом ще більше, ніж у печах для спалювання порошкоподібного колчедану. Широке застосування печей КШ різко збільшило виробництво H2SO4, знизило її собівартість і сприяло поліпшенню всіх техніко-економічних показників сульфатно-кислотного виробництва.

Одночасно зі створенням печей КШ розроблено конструкцію печей з циклонною грубкою, в якій колчедан випалюється при 1450 °С з утворенням 14‑15 %‑го сульфітного газу і розплавленого недопалка. Це може призвести до безпосереднього відновлення металу.

Вилучати сірку з колчедану у вигляді SO2 можна також, окиснюючи колчедан киснем недопалка з одночасним окисненням відновленого недопалка киснем повітря:

FeS2+ 16Fe2O3 = 11Fe3O4 + 2SO2 – 450,5 кДж;

11Fe3O4 + 2,75O2 16,5Fe2O3 + 1277,8 кДж.

Сумарний тепловий ефект реакцій становить 827,3 кДж/моль і є достатнім для того, щоб процес відбувався автотермічно. За таких умов утворюється сірчистий газ, який складається майже з чистого SO2.

Рис. 11.2. Піч для спалювання природної сірки: 1 – плавильний бункер; 2,3 – заглибні насоси; 4, 7 – фільтри; 5 – форсунки; 6 – піч; 8 – сушильна колона

Чисту природну S спалюють у горизонтальних печах з форсункою(рис. 11.2), або у циклонних печах. Відповідно до схеми форсункової печі розплавлена у плавильнику 1 сірка подається заглибним насосом 3 у фільтр 4, де очищається від механічних домішок. Далі вона надходить у друге відділення плавильника, звідки насосом 2 через форсунку 5 подається у піч 6. Для очищення повітря, яке використовують для спалювання сірки, його пропускають крізь фільтр 7 і сушильну башту 8, що зрошується концентрованою H2SO4.

Циклонну піч для спалювання S розроблено і впроваджено у виробництво. Особливість цих печей полягає у тому, що у форкамерах і у камерах довипалення створюється обертовий рух газу, чим забезпечується добре перемішування пари S з повітрям і велика швидкість її згоряння. Вміст SO2 в утвореному газі досягає 15‑16 %. Природну сірку спалюють також у печах КШ. Для спалювання H2S застосовують вертикальні стальні циліндричні печі, футеровані вогнетривкою цеглою. Всередині печі вмонтовані змійовики парового котла, завдяки чому H2S горить при нижчій температурі і без значного надлишку повітря, що дає змогу виробляти концентрований сірчистий газ і ефективно використовувати теплоту реакції. Внизу печі розміщені запобіжні клапани на випадок утворення вибухонебезпечної суміші.

Очищення сульфітного газувід пилу та шкідливих домішок має велике практичне значення для запобігання отруєнню каталізатора, забрудненню насадок башт і самої H24 та пошкодженню тяги. Для цього користуються пилоосаджувальними камерами, циклон-апаратами, промивними баштами та електрофільтрами. Очищення газів від пилу починається, коли гази з печей надходять у колектори-трубопроводи великого діаметра, потім вони проходять циклон-апарати. У виробництві Н24 застосовують сухі і мокрі електрофільтри: перші – для очищення газу від пилу, другі – для очищення від туманоподібних домішок. Після очищення газу в електрофільтрах вміст пилу у ньому зменшується до 0,25 г/м3 і нижче.

Миш'яковистий ангідрид і селен у сухому електрофільтрі не видаляються, бо при температурі, до якої нагрівається газ в електрофільтрі (475‑275 °С), вони перебувають у стані пари. При охолодженні газу до 30‑35 °С сполуки миш'яку і селену перетворюються у туман і повністю видаляються з газу у мокрих електрофільтрах.

Очищення сульфітного газу має на меті не тільки видалення отрут контактної маси (As, F) або домішок, наявність яких небажана (пил, пара води), а й вилучення цінних речовин, потрібних для народного господарства (Se, Те та ін.).

Якщо режим очищення газової суміші, яка виходить після спалювання колчедану, порушено, перший шар контактної маси отруюється через кілька діб.

Водяна пара – не отрута для контактної маси, але сполучаючись з SO2, невеликі кількості якого завжди є у сульфітному газі, вона утворює пару H2SO4, яка при зниженні температури дає туман H2SO4. Цей туман поступово осідає на стінках апаратури, спричиняє корозію, підвищує гідравлічний опір і знижує коефіцієнти теплопередачі. Утворений внаслідок корозії FeSO4 газовим потоком переноситься у контактний апарат.

Відходи переробки колчедану є основним джерелом добування Se. З 1 т випаленого колчедану добувають 10‑50 г Se.

Схеми очищення сульфітного газу на сульфатнокиснотних заводах можуть істотно відрізнятися одна від одної залежно від різних видів сировини, методів її випалення та від домішок, які треба видалити. Усі методи очищення газу поділяють на дві групи: перша ґрунтується на перетворенні всіх домішок у туман і подальшому видаленні з газу цього туману; в основу другої групи покладено методи конденсації пари домішок без утворення туману.

11.4. Контактний спосіб виробництва сульфатної
кислоти з колчедану

Суть контактного способу полягає в окисненні SO2 до SO3 на поверхні твердого каталізатора.

Контактним способом виробляються різні сорти H2SO4, у тому числі олеум, купоросну оливу та акумуляторну кислоту. Цей спосіб було запропоновано у 1831 p., а вперше впроваджено у промисловість у 1875 р. Великого поширення контактний спосіб набув тільки наприкінці минулого століття, коли у зв'язку з розвитком промисловості барвників і вибухових речовин, а також процесів сульфування виникла велика потреба у концентрованій H2SO4.

Контактна H2SO4 набагато чистіша, ніж баштова, оскільки для окиснення SO2 до SO3 на каталізаторах використовують газ, ретельно очищений від пилу, туману H2SO4, As і Se, які забруднюють і отруюють каталізатор.

Спочатку на всіх заводах застосовували тільки платиновий каталізатор, недоліком якого, крім того, що він дорогий, є велика чутливість його до дії незначних домішок у сульфітному газі. Пізніше платинові каталізатори було замінено на ванадієві. Недоліком ванадієвого каталізатора єйого чутливість до Аs2О3, який на каталізаторі окиснюється до As2O5 і отруює каталізатор, у результаті чого активність каталізатора знижується. При температурах понад 600 °С спостерігається інша форма отруєння каталізатора. Оскільки V2О5∙As2О5 – сполука летка при цій температурі, контактна маса збіднюється на ванадій, внаслідок чого зменшується активність каталізатора.

Чистий V2O5 не має високої каталітичної активності. Каталітично активними сполуками у промислових ванадієвих каталізаторах є сульфованадати лужних металів (наприклад, К2О∙V2O5∙SO3), нанесені на поверхню SiO2 або іншого носія.

Часто застосовують барієвоалюмованадієвий каталізатор (БАВ), температура запалювання якого 410‑420 °С. Він стійкий тільки протягом перших трьох-п'яти років, після чого температура його запалювання значно підвищується. Приблизний склад БАВ: V2O5∙12SiO2∙0,5Аl2О3∙2К2О∙3ВаО∙2КС1. У сухій контактній масі міститься 7,5‑8 % ванадію у формі V2O5.

Тепер впроваджено у виробництво новий каталізатор сульфованадат на діатоміті (СВД), який має нижчу температуру запалювання, ніж БАВ, хоч поступається перед останнім каталітичною активністю. Приблизний склад СВД: V2O5∙2,7К2О∙0,6SO3∙0,75СаО∙2,5SiO2. Маса СВД має високу механічну міцність і у кілька разів дешевша за масу БАВ.

При температурі вищій за 620 °С активність ванадієвої контактної маси швидко спадає. Тому створення більш термостійких і з нижчою температурою запалювання каталізаторів, що не бояться каталітичних отрут, – найважливіша проблема сульфатно-кислотного виробництва.

Фізико-хімічні основи процесу окиснення SO2.Реакція окиснення SO2 до SO3 є гетерогенною каталітичною реакцією, яка з промисловою швидкістю відбувається на поверхні твердого каталізатора. Реакція відбувається зі зменшенням об'єму і виділенням теплоти

2SO2 + O2 2SO3 + Q.

Рівноважний вихід SO3 залежить від складу вихідної газової суміші, температури і тиску: із зниженням температури і збільшенням тиску рівновага реакції зміщується вправо. Для досягнення найбільшого ступеня окиснення SO2 до SO3 треба підтримувати оптимальні умови окиснення.

Оптимальний склад газової суміші такий (%): SO2 – 7‑7,5; О2 – 11; N2 – 82. При більшому вмісті SO2 і меншому вмісті О2 рівноважний вихід SO3 зменшується. При зменшенні вмісту SO2 зменшується продуктивність апаратів.

Вплив температурина стан рівноваги при оптимальному складі газової суміші показано на рис. 11.3.

Щоб досягти високого ступеня окиснення SO2 до SO3, процес необхідно вести при порівняно низькій температурі. Практично процес закінчують при температурі, нижчій за 440 °С, коли рівноважний ступінь окиснення SO2 до SO3 становить майже 100 %. Проте при цих температурах швидкість реакції, навіть при наявності каталізатора, дуже низька, що негативно позначається на продуктивності процесу.

При низьких температурах підвищення тиску майже не впливає на ступінь окиснення, а при високих температурах підвищення тиску забезпечує високий ступінь окиснення SO2 до SO3. Проте таке підвищення ступеня окиснення з підвищенням тиску не компенсує конструкційних витрат, тобто не дає економічного ефекту.

На ступінь окиснення SO2 до SO3впливає також час контактування, тобто перебування газової суміші у зоні каталізатора. Як видно з діаграми(рис. 11.4), швидкість окиснення SO2 до SO3 при наближенні до стану рівноваги швидко знижується. За однакових умов ця швидкість тим більша, чим далі газова суміш від стану рівноваги.

 
Рис. 11.3. Вплив температури на вихід SO2 Рис. 11.4. Залежність ступеня окиснення SO2 до SO3 від часу контактування на ванадієвому каталізаторі

Швидкість реакції окиснення SO2 до SO3.Контактне окиснення SO2 є типовим прикладом гетерогенного окиснювального екзотермічного каталізу.

Швидкість технологічного процесу залежить від швидкостей прямої, зворотної і побічних реакцій, а також дифузії вихідних речовин у зону та з зони реакції, її обчислюють на підставі фактичного виходу продукту за певний чає або через константу (коефіцієнт) швидкості процесу. При окисненні SO2 до SO3 рівновага зворотної реакції, відповідно до принципу Ле Шательє, при зниженні температури і підвищенні тиску зміщується у бік утворення SO3. Внаслідок цього збільшується і рівноважний ступінь перетворення SO2 в SO3. Максимальна швидкість реакції для кожного ступеня окиснення SO2 досягається при певній температурі, яка є оптимальною температурою контактування. Чим вищий ступінь окиснення, тим нижча оптимальна температура. Тому не слід протягом усього процесу окиснення SO2 до SO3 підтримувати якусь одну оптимальну температуру у всьому шарі контактної маси. Процес контактування починається при температурі близько 600 °С, із збільшенням ступеня окиснення температура знижується до 430‑440СС відповідно до зміщення максимумів швидкості реакції. При оптимальній температурі для окиснення SO2 до SO3 треба приблизно вдвоє менше часу, ніж для проведення ізотермічного процесу при 440‑450 °С, що враховано у конструкціях сучасних контактних апаратів.

Час контактуваннявизначають залежно від складу газу, температурних умов та заданого ступеня перетворення. Для досягнення високого ступеня окиснення і зменшення вмісту SO2 у викидних газах застосовують так зване подвійне контактування (або контактування з проміжною абсорбцією). Воно полягає у тому, що процес окиснення SO2 до SO3 здійснюють у дві стадії. Спочатку ступінь перетворення становить близько 90 %. Після відділення SO3 у проміжному абсорбері збільшується співвідношення SO2 до SO3, що дає змогу досягти ступеня перетворення до 95‑97 %. Загальний ступінь перетворення досягає 99,5‑99,7 %, а вміст SO2 у викидному газі зменшується до 0,03 %.

Апаратура контактного методу. Для окиснення SO2 до SO3 є два способи контактування: контактування у кілька стадій з охолодженням газової суміші після кожної стадії проміжним теплообміном і контактування при безперервному відведенні теплоти через теплообмінні трубки, які вмонтовано у контактному просторі. При цьому теплота реакції використовується для підігрівання свіжого газу перед контактуванням.

При окисненні SO2 до SO3 у контактному апараті з п'ятьма шарами каталізатора ступінь перетворення досягає 98 % і більше. На сучасних сульфатнокиснотних заводах діють контактні апарати продуктивністю 120, 180 і 360‑400 т моногідрату на добу.

Абсорбція SO3.Сірчаний ангідрид розчиняється в H2SO4, взаємодіючи з водою

пSO3 + Н2О = H2SO4 + (п – 1)SO3 + Q

Тиск пари SO3 над 98,3 %-ою кислотою практично дорівнює нулю, внаслідок чого вона поглинає SO3 краще, ніж більш концентрована кислота чи олеум. Кислотою з концентрацією нижче за 98,3 % також недоцільно поглинати SO3, тому що над розбавленою H2SO4 тиск водяної пари великий. У газовій фазі пара з SO3 утворює туман H2SO4, який не конденсується, це призводить до втрат SO3.

Для створення оптимальних умов поглинання абсорбери треба зрошувати холодним олеумом або холодною 98,3 %-ою H2SO4. Якщо температура газу, який виходить з моногідратного абсорбера, не перевищує 60 °С, а газу, що виходить з олеумного абсорбера, не вища за 65‑80 °С, можна досягти найвищого ступеня поглинання SO3 – 99,99 %. При такому ступені абсорбції кількість туману H2SO4 у відпрацьованих газах, які викидаються в атмосферу, не перевищує 0,02 г/м3.

Рис. 11.5. Принципова схема виробництва Н24, контактним способом:
1 – електрофільтр; 2 – промивна башта; 3 – зрошувальна башта; 4, 6 – мокрі електро­філь­три; 5 – зволожувальна башта; 7 – осушувальна башта; 8 – холодильник; 9 – збірник; 10 – компресор; 11 – фільтр; 12, 13 – теплообмінники; 14 – контактний апарат; 15 – холо­дильник; 16, 17 – абсорбційні башти; 18 – санітарна колона

На рис. 11.5 наведено принципову схему трьох стадій виробництва Н24 контактним методом. Газова суміш з температурою 350‑400 °С через електрофільтр 1 надходить у першу промивну колону 2, де охолоджується приблизно до 80 °С зрошувальною 60‑70 %-ою H2SO4. Потім ця суміш надходить до другої промивної колони 3, де зрошується 30 %-ою H2SO4 і охолоджується приблизно до 30 °С. У цих промивних колонах газова суміш звільняється від залишків пилу, частково від туману H2SO4 і As2O3, який при зниженні температури газу від 350 до 30 °С переходить у твердий стан.

Щоб повністю очистити газову суміш від туману H2SO4, As і Se, її пропускають ще крізь мокрі електрофільтри 4 і 6. Перед електрофільтром 6 газ зволожується у колоні 5, що зрошується 5 %-им розчином H2SO4 (циркулює через холодильник 8 і збірник 9), щоб дрібні частинки туману, які не затримались в електрофільтрі 4, зволожились і осіли в електрофільтрі 6.

Далі газ осушується у колоні 7, яка зрошується концентрованою 93‑95 % H2SO4, і містячи не більш як 0,15 г/м3 водяної пари, компресором 10 подається через фільтр 11 у теплообмінники 12 і 13, де перед надходженням у контактний апарат 14 підігрівається.

Гарячий газ після контактного апарата проходить через теплообмінник 13, віддає теплоту свіжому газу і через трубчастий холодильник 15, де він охолоджується до 60 °С, надходить на абсорбцію.

Абсорбція SO3 відбувається у двох колонах 16 і 17: перша (за ходом газу) колона 16 зрошується олеумом, який містить 18,5‑20 % вільного SO3, друга колона 17 зрошується азеотропною сумішшю H2SO4 і води.

Сульфатна кислота та олеум, використані у колонах 16 і 17, охолоджуються у водяних холодильниках 8 і знову подаються на зрошування.

Частина олеуму відводиться на склад. У колонах 16 і 17 вловлюється близько 99,9 % SO3, решта – у санітарній колоні 18.

Відпрацьовані гази з залишками SO2 і SO3 перед викиданням в атмосферу пропускають через спеціальну санітарну колону 18, яка зрошується амоніачною водою, що запобігає забрудненню атмосфери.

У санітарній колоні 18 утворюються солі амонію, які використовують для добування SO2 (відганяють з розчину водяною парою). Солі амонію після відповідної переробки можна використати як добриво.

11.5. Виробництво сульфатної кислоти з сірки та сірководню

Процес спалювання S, яка не містить домішок As і Se, відбувається швидко і до кінця. Сірчистий ангідрид можна відразу ж спрямовувати на контактування для виробництва H2SO4 за "короткою" технологічною схемою.

Природну сірку, хоч у ній і немає домішок As та Se, треба очищати від мінеральних і органічних домішок, бо при їх спалюванні утворюється ряд продуктів і вода, яка з SO3 утворює туман H2SO4. У природній S, очищеній від органічних і мінеральних домішок, повинно бути не більш як 0,5 % золи, яка при спалюванні S виноситься з печі, засмічуючи форсунки і контактну масу. Для очищення природну S розплавляють і відстоюють при 140 °С протягом 60 год, після чого фільтрують. Чисту розплавлену S переробляють на H2SO4 за "короткою" технологічною схемою (рис. 11.6).

Розплавлена сірка самопливом надходить у збірник 1, який обігрівається парою, звідти насосом 2 подається у форсункову піч 3 для спалювання (рис. 11.6). Гази, що утворюються від спалювання чистої сірки, містять 11‑12 % SO2 і приблизно 11 % О2, температура їх 1000‑1100 °С. Для використання теплоти реакції сірчистий газ надходить у котел-утилізатор 4, розміщений безпосередньо за піччю, після чого розбавляється сухим повітрям до концентрації 7,5 % SO2. При температурі близько 440 °С він за допомогою повітродувки 9 входить у перший контактний шар п'ятишарового контактного апарата 5 (діаметром 8 і висотою 17,5 м). Після пароперегрівача 6 і виносного теплообмінника газ охолоджується від 600 до 450 °С і надходить у другий шар контактної маси, де нагрівається до 520 °С. У зовнішньому теплообміннику 7 газ охолоджується до 440 °С і надходить у третій і четвертий шари контактної маси, після яких охолоджується до 430 °С, сухим повітрям. З контактного апарата газ подається в ангідридні холодильники 8 і далі у сушильно-абсорбційне відділення для переробки за звичайною технологічною схемою (рис. 11.5) в H2SO4 або олеум.

Рис. 11.6. "Коротка" схема виробництва H2SO4 з S: 1 – збірник; 2 – заглибний насос;
3 – форсункова піч; 4 – котел-утилізатор; 5 – контактний апарат; 6 – пароперегрівач;
7 – теплообмінник; 8 – ангідридні холодильники; 9 – повітродувка

Сульфатну кислоту виробляють також з H2S, який добувають під час очищення промислових і коксових газів, газів нафтопереробки, газифікації твердого палива та ін. Сірководневі гази з вмістом 85‑98 % H2S використовуються для виробництва S або H2SO4 за "короткою" схемою або мокрим каталізом. Суть його полягає у тому, що утворений SO2 окиснюється на ванадієвому каталізаторі при наявності водяної пари.

Виробництво H2SO4 цим методом відбувається у три стадії:

· спалювання H2S

2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O + Q;

· окиснення SO2 до SO3;

· конденсація SO3 та водяної пари з утворенням H2SO4.

Питання до розділу 11

1. Які властивості має сульфатна кислота і для чого її використовують?

2. Які сполуки є сировиною для сульфатно-кислотного виробництва?

3. Які сполуки входять до складу сульфітного газу?

4. Записати рівняння реакції для процесу випалювання колчедану.

5. Які чинники впливають на швидкість процесу випалювання колчедану?

6. Які печі використовують для випалювання колчедану?

7. В яких печах спалюють природну сірку?

8. Які каталізатори використовують при окисненні SO2 до SO3?

9. Які чинники впливають на ступінь окиснення SO2 до SO3?

10. Від чого залежить швидкість реакцій окиснення двооксиду сірки до триоксиду?

11. З яких стадій складається виробництво H2SO4?

12. Опишіть принципову схему виробництва H2SO4 контактним способом.

13. Як отримують H2SO4 з сірки і сірководню?


Розділ 12. ВИРОБНИЦТВО КАЛЬЦИНОВАНОЇ СОДИ

12.1. Загальна характеристика содових продуктів

Під загальною назвою содау промисловості виробляється кілька подібних за властивостями мінеральних речовин: Na2СОз (кальцинована сода), десятиводна сода (кристалічна сода), одноводна і семиводна сода, NaHCO3 (очищена, або харчова сода) та NaOH (каустична сода). Найбільше виробляють і застосовують кальциновану соду, яка є найважливішим продуктом хімічного виробництва і вихідною сировиною для багатьох виробництв: добування харчової і каустичної соди, миловаріння, виробництва скла, у нафтовій, текстильній, целюлозно-папе­ро­вій промисловості, чорній і кольоровій металургії, при виробництві шкір, у побуті та ін. Очищену соду використовують у харчовій, кондитерській та фармацевтичній промисловості, кристалічну соду застосовують у фотосправі та побуті.

Властивості кальцинованої соди.Чистий Na2СОз – це білий кристалічний порошок з густиною 2,53 г/см3 насипною масою 0,5‑0,55 т/м3 і температурою плавлення 854 °С. З насичених водних розчинів кристалізується при температурі нижче 32,5 °С десятиводний кристалогідрат, в інтервалі 32,5‑36 °С – семиводний кристалогідрат, вище 36 °С – моногідрат. Кальцинована сода при розчиненні у воді виділяє 23,6 кДж/моль теплоти. Водні розчини її мають лужну реакцію. Як кальцинована, так і каустична сода добре розчиняють жири і мастила. Щоб зменшити високу дисперсність і злежуваність при транспортуванні і використанні кальцинованої соди, її переробляють у так звану "важку соду" з насипною масою 0,85 т/м3. Для цього кальциновану соду змочують водою або содовим розчином і прожарюють при 105‑120 °С у киплячому шарі.

12.2. Фізико-хімічні основи виробництва кальцинованої соди

Соду синтетичним способом, запропонованим у Франції Лебланом, почали виробляти ще у 1791 р. За цим способом суміш Na2SO4, вапняку і вугілля спікали у печах при 950‑1000 °С, внаслідок чого утворювалась сода за реакцією

Na2SO4 + СаСО3 + 2С = Na2CO3 + CaS + 2СО2.

Натрію карбонат вилуговували водою, розчин фільтрували і фільтрат випаровували до випадання Na2СО3 або моногідрату карбонату натрію, який зневоднювали і подрібнювали. Утворений продукт був недостатньої чистоти, спосіб потребував значних витрат палива та у процесі виробництва утворювалась велика кількість НСl, який раніше не знаходив застосування:

2NaCl + H2SO4= Na2SO4 + 2НCl ­.

У наш час спосіб Леблана може бути вигідним, якщо замість синтетичного використовувати природний Na2SO4, поклади якого в Україні досить великі.

Наприкінці ХІХ ст. бельгійський інженер Е. Сольве запропонував амоніачний спосіб виробництва соди. Цей спосіб економічніший і простіший. Суть його полягає у послідовній обробці насиченого розчину NaCl амоніаком і вуглекислим газом, внаслідок чого утворюється малорозчинний NaHCO3:

NaCl + NH3 + СО2 + Н2О = NaHCO3 + NH4C1. (12.1)

Внаслідок прожарювання (кальцинації) NaHCO3 при 140‑170 °С утворюється Na2CO3 (кальцинована сода):

2NaHCO3 Na2CO3 + Н2О + СО2.

Фізико-хімічні основи карбонізації амоніачно-соляного розчину відбивають складність процесу виробництва соди, тому цей спосіб виробництва тривалий час не був науково обґрунтованим. Основною стадією содового виробництва є карбонізація амонізованого розчину NaCl. Утворення NaHCO3 відбувається внаслідок складних хімічних процесів. При цьому відбуваються йонні реакції між розчиненими речовинами NaCl, NH4Cl, NH4HCO3, (NH4)2CO3 i NaHCO3, що перебувають у динамічній рівновазі з недисоційованими молекулами твердої фази NaHCO3 і газом. Кількість NaHCO3 в осаді і розчині еквівалентна кількості NH4C1 у розчині.

Сумарна реакція (12.1) має кілька стадій, які відбуваються при послідовному насиченні розчину NaCl амоніаком (при амонізації) і вуглекислим газом (при карбонізації). У верхній частині колони утворюється (NH4)2CO3:







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.