Способ карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом и карбонизационная колонна для его осуществления

Способ карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом и карбонизационная колонна для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом и карбонизационным колоннам для его осуществления и может найти применение в химической промышленности, в частности в усовершенствовании действующего производства карбонизации аммонизированного рассола.

Процесс карбонизации является основным в производстве соды и состоит в обработке аммонизированного рассола углекислым газом с образованием кристаллического бикарбоната натрия, выпадающего в осадок. Протекающие при этом химические уравнения в общем виде можно представить следующим уравнением:

Эта реакция характеризует только конечный результат взаимодействия хлорида натрия и гидрокарбоната аммония. В действительности процесс карбонизации протекает гораздо сложнее и его механизм до настоящего времени окончательно не изучен.

Способ карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом, включающий насыщение аммонизированного рассола углекислым газом, подаваемым противотоком к аммонизированному рассолу, с дальнейшим охлаждением полученной суспензий и кристаллизации бикарбоната натрия описан во многих источниках, касающихся производства кальцинированной соды [См., например, Беньковский С.В., Круглый С.М., Секованов С.К. Технология содопродуктов. - М.: Химия, 1972 г., с.78-79].

Данный способ карбонизации осуществляют в карбонизационной колонне, представляющей собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из отдельных чугунных бочек, которые соединены фланцами на болтах. Фланцы уплотнены резиновыми прокладками. Колонны различных типов имеют внутренний диаметр от 1,8 до 3,0 м и высоту от 21 до 27 м. Техническая характеристика наиболее мощных карбонизационных колонн представлена в вышеуказанном источнике на стр.89.

Основным недостатком известного способа карбонизации является низкое качество получаемого бикарбоната натрия, а колонна, в которой осуществляют процесс карбонизации, имеет низкую производительность.

При поддержании технологического режима проведения процесса карбонизации аммонизированного рассола, описанного в литературном источнике (И.Н.Шокин, С.А.Крашенников. Технология соды. М.: Химия, 1975, с.105-108), обеспечивается достаточно высокая степень использования двуокиси углерода.

Процесс проводят в карбонизационной колонне, содержащей абсорбционные и холодильные бочки, описанной в этом же источнике на стр.102-105.

Основным недостатком приведенного способа карбонизации является не достаточно высокое качество бикарбоната натрия, а карбонизационная колонна, в которой проводят процесс, имеет низкую производительность - 250 т/сутки.

Известен способ карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом в карбонизационной колонне, в котором аммонизированный и частично карбонизованный рассол делят на два потока, первый поток с температурой 43-58°С и содержанием аммиака 76-85 кг/м³ подают на 4,5-6,5 м ниже верхнего конца карбонизационной колонны, а второй поток дополнительно насыщают аммиаком до его содержания 94-110 кг/м³ и подают с температурой 40-55°С в место, где концентрация связанного аммиака в аммонизированном рассоле составляет 21-25 кг/м³ [Пат. Ru №2209181, МПК С 01 D 7/18, 2001 г.].

Согласно этому изобретению процесс проводят в карбонизационной колонне, содержащей абсорбционные и холодильные бочки, которые чередуются поодиночке или группами, причем верхняя холодильная бочка установлена на расстоянии 0,45-0,65 высоты колонны, считая от ее основания, а патрубок ввода дополнительного аммонизированного рассола установлен на расстоянии 0,68-0,73 высоты колонны, считая от ее основания.

Недостатком известного способа и колонны, осуществляющей процесс, являются:

- сложная схема по осуществлению подачи аммонизированного рассола, который делится на два потока, и дополнительное донасыщение одного из потоков аммиаком;

- дополнительная стадия разделения суспензии бикарбоната натрия на фракции, что приводит к недостаточно высокому качеству целевого бикарбоната натрия;

- конструкция колонны имеет сравнительно высокую высоту холодильной зоны и недостаточную высоту абсорбционной зоны, что приводит к продольному перемешиванию кристаллов в зоне раздела абсорбционной и холодильной части колонны и, соответственно, к недостаточно высокому качеству кристаллов бикарбоната натрия;

- недостаточно высокая производительность колонны.

Дополнительно можно сказать, что данный известный способ не может быть реализован на действующих производствах в реальных условиях, а только на опытной установке или в лабораторных условиях.

Наиболее близким техническим решением по способу карбонизации - прототипом - является способ карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом, включающий насыщение аммонизированного и частично карбонизованного рассола углекислым газом, подаваемым противотоком к аммонизированному рассолу, с дальнейшим охлаждением полученной суспензии и кристаллизацией бикарбоната натрия [И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. М.: Химия, 1986 г.].

Карбонизационная колонна, реализующая этот способ, содержит верхнюю абсорбционную часть, оснащенную абсорбционными бочками, и нижнюю, кристаллизационную часть, оснащенную холодильными бочками [И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. М.: Химия, 1986 г., с.112-118].

Как правило, типовая карбонизационная колонна имеет диаметр 2,8-3,0 м, содержит 8 холодильных бочек и 12 абсорбционных.

Основным недостатком известного способа и колонны, осуществляющей этот способ, являются недостаточно высокие качество получаемого бикарбоната натрия и производительность колонны.

Относительно карбонизационной колонны ближе по технической сущности и достигаемому эффекту - прототипом - является карбонизационная колонна, описанная в патенте Российской Федерации №2209181, МПК С 01 D 7/18, 2001 г.

Недостатками этой колонны являются:

- сложность проведения технологического процесса в промышленных условиях;

- малая производительность колонны.

Технической задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование известного способа карбонизации аммонизированного и частично карбонизованного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом и колонны для осуществления этого способа, позволяющие повысить производительность колонны и получить кристаллы бикарбоната натрия лучшего качества.

Для получения хорошего крупнокристаллического осадка бикарбоната натрия процесс карбонизации должен осуществляться в определенных условиях, при которых кристаллизация осадка бикарбоната натрия имеет достаточное время для образования и роста кристаллов, что практически определяется высотой абсорбционной зоны.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе карбонизации аммонизированного и частично карбонизованного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом в карбонизационной колонне, включающим взаимодействие аммонизированного и частично карбонизованного рассола с углекислым газом в абсорбционной и холодильной зоне, количество подаваемого углекислого газа в абсорбционную зону составляет 7000-9000 м³/час, а в холодильную - 5000-7700 м³/час, при этом соотношение абсорбционной зоны к холодильной равно 1,232-1,239:1,000.

Заявляемый способ карбонизации осуществляют в предлагаемой карбонизационной колонне, состоящей из абсорбционной и холодильной зон, содержащих абсорбционные и холодильные бочки, патрубки ввода аммонизированного и частично карбонизованного рассола и углекислого газа, патрубки ввода и вывода воды в холодильной зоне и патрубки вывода суспензии бикарбоната натрия и отходящего газа.

Согласно предлагаемому изобретению холодильная зона состоит из одной пары холодильных бочек, остальные чередуются с абсорбционными поочередно, при этом верхний фланец последней холодильной бочки установлена на расстоянии 0,446-0,448 м высоты колонны, считая ее от основания, патрубок ввода углекислого газа в абсорбционной зоне установлен на расстоянии 1,17 м от верхнего фланца последней холодильной бочки, а высота абсорбционной зоны должна составлять не менее 55,19% от общей высоты колонны.

Установление верхней холодильной бочки на таком расстоянии говорит о величине абсорбционной и холодильной зон. В предлагаемой карбонизационной колонне холодильная зона составляет не более 44,8(44,65-44,80)% высоты колонны.

На чертеже представлена схема заявляемой карбонизационной колонны, в которой реализуется предлагаемый способ.

Карбонизационная колонна содержит абсорбционные I и холодильные II бочки, образуя, соответственно, абсорбционную и холодильную зоны, патрубки 1 и 2 для ввода аммонизированного и частично карбонизированного рассола, патрубок 3 для ввода углекислого газа в абсорбционную зону, патрубок 4 для ввода углекислого газа в холодильную зону, патрубок 5 для отходящего углекислого газа, патрубки 6 и 7 - для ввода и вывода воды в холодильной зоне и патрубок 8 - для выходящей суспензии бикарбоната натрия.

Холодильная зона состоит из одной пары холодильных бочек II, остальные чередуются с абсорбционными поочередно, при этом верхний фланец последней холодильной бочки установлен на расстоянии 0,446-0,448 высоты колонны, считая ее от основания, патрубок 3 ввода углекислого газа в абсорбционную зону установлен на расстоянии 1,17 м от верхнего фланца последней холодильной бочки, а патрубок ввода углекислого газа в холодильную зону установлен на бочке-базе III.

Для получения хорошего крупнокристаллического осадка бикарбоната натрия необходимо поддерживать определенную скорость карбонизации раствора, что обуславливается количеством подаваемого углекислого газа, и кристаллизации бикарбоната натрия. В зоне завязки кристаллов и роста зародышей необходимо ограничить скорость карбонизации и стремиться к поддержанию минимального пересыщения раствора во избежание большого количества кристаллов.

Зародыши кристаллов образуются только из пересыщенных растворов. Разность концентраций соли в пересыщенном растворе и насыщенном характеризует величину пересыщения. От этой величины зависит скорость образования, а следовательно, и число кристаллических зародышей. Поэтому высота абсорбционной зоны должна составлять не менее 55,19% от общей высоты карбонизационной колонны, а высота холодильной зоны - не более 44,8% высоты карбонизационной колонны.

Чтобы избежать в процессе кристаллизации резкого увеличения степени пересыщения, необходимо не допускать резкого охлаждения, поэтому увеличение холодильной зоны и чередование холодильных и абсорбционных бочек снижает продольное перемешивание и степень пересыщения раствора в зонах соединения холодильных бочек, что способствует равномерному охлаждению раствора в процессе кристаллизации бикарбоната натрия и правильному росту образовавшихся кристаллов.

Увеличение количества, а следовательно, и скорости подаваемого углекислого газа, как в абсорбционную, так и в холодильную зоны, а также предлагаемая высота патрубка для ввода углекислого газа в абсорбционную зону, способствуют более быстрому движению жидкой пленки, прилегающей непосредственно к твердой шероховатой поверхности стенок колонны, что снижает скорость кристаллизации и отложение на стенках и трубках наслоений кристаллической массы. Это позволит повысить коэффициент теплопередачи холодильных трубок и производительность колонны.

Способ осуществляют следующим образом.

Частично карбонизованный рассол, содержащий аммиак 85-90 кг/м³ и углекислый газ 60-70 кг/м³, при температуре 38-42°С подают на верх карбонизационной колонны через патрубки 1 и 2. Углекислый газ подают по двум вводам: 1-ый ввод осуществляют в низ холодильной зоны через патрубок 4, находящийся в бочке-базе, в количестве 5000-7700 м³/час с содержанием CO₂ 75-85 об.%, 2-ой ввод осуществляют в абсорбционную зону через патрубок 3, расположенный на высоте не менее 1,17 м от верхнего края холодильной зоны, в количестве 7000-9000 м³/час и содержанием CO₂ 38-40 об.%. Углекислый газ движется противотоком к жидкости. Максимальное насыщение карбонизованного рассола определяют по содержанию связанного аммиака (NH₄Cl). Вода на охлаждение подается в холодильную зону через патрубок 6 и выводится через патрубок 7. Отработанный углекислый газ выводят из патрубка 5.

Полученную суспензию бикарбоната натрия из патрубка 8 направляют на фильтрацию для отделения кристаллов бикарбоната натрия.

Полученный бикарбонат натрия содержит остаточную влагу 15-17%, производительность колонны - до 560 т/сутки.

Данные по примерам, осуществляющим заявляемый способ в предлагаемой карбонизационной колонне, представлены в таблице.

На основании представленных в таблице данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ карбонизации и карбонизационная колонна для осуществления этого способа имеют явные преимущества по сравнению с известными способами и, соответственно, с колоннами, осуществляющими способ карбонизации:

- имеют высокую производительность;

- получение кристаллов бикарбоната натрия лучшего качества.

1. Способ карбонизации аммонизированного рассола в производстве кальцинированной соды аммиачным способом в карбонизационной колонне, имеющей абсорбционную и холодильную зоны, включающий насыщение аммонизированного и частично карбонизованного рассола углекислым газом, подаваемым противотоком к аммонизированному и частично карбонизованному рассолу, с дальнейшим охлаждением полученной суспензии и кристаллизацией бикарбоната натрия, отличающийся тем, что количество подаваемого углекислого газа в абсорбционную зону составляет 7000-9000 м³/ч, а в холодильную - 5000-7700 м³/ч, при этом соотношение абсорбционной зоны и холодильной равно 1,232-1,239:1,000.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура в зоне кристаллизации бикарбоната натрия составляет 63-65°С.

3. Карбонизационная колонна, состоящая из абсорбционной и холодильной зон и содержащая абсорбционные и холодильные бочки, патрубки ввода аммонизированного и частично карбонизованного рассола и углекислого газа и патрубки вывода суспензии бикарбоната натрия и отходящего газа, отличающаяся тем, что холодильная зона состоит из одной пары холодильных бочек, остальные чередуются с абсорбционными поочередно, при этом верхний фланец последней холодильной бочки установлен на расстоянии 0,446-0,448 м высоты колонны, считая ее от основания, а патрубок ввода углекислого газа в абсорбционной зоне установлен на расстоянии 1,17 м от верхнего фланца последней холодильной бочки, при этом высота абсорбционной зоны составляет не менее 55,19% от общей высоты колонны.