Физико-химические основы процесса. Обычно часть растворенного аммиака с диоксидом углерода, поэтому при разложении карбонатов аммония вместе с аммиаком отгоняется и возвращается в производство

Обычно часть растворенного аммиака с диоксидом углерода, поэтому при разложении карбонатов аммония вместе с аммиаком отгоняется и возвращается в производство диоксид углерода.

Процесс выделения газов из жидкостей (десорбция) протекает, когда равновесные давления десорбируемых газов над жидкостью выше их парциальных давлений в газовой фазе. Разность между равновесным давлением газа над жидкостью и его парциальным давлением в газовой фазе является движущей силой процесса десорбции. Чем больше разность, тем больше скорость десорбции.

Таким образом, для повышения скорости и полноты десорбции необходимо увеличить равновесное давление газа над жидкостью и уменьшить его парциальное давление в газовой фазе. Поэтому в процессе дистилляции жидкость нагревают, что повышает равновесное давление диоксида углерода и аммиака над жидкостью. Для нагрева используют острый водяной пар, подаваемый непосредственно в жидкость. Водяной пар снижает парциальные давления давление диоксида углерода и аммиака в газовой фазе.

При температуре 32-40 ^оС начинается разложение бикарбоната аммония:

NH₄HCO₃(раств.) = CO₂(г) + NH₃(раств.) + H₂O(ж) – Q.

Карбонат аммония разлагается при нагревании фильтровой жидкости до 70-90 ^оС:

(NH₄)₂CO₃(раств.) = CO₂(г) + 2NH₃(раств.) + H₂O(ж) – Q.

Бикарбонат натрия, содержащийся в фильтровой жидкости, частично разлагается по реакции:

2NaHCO₃(раств.) = Na₂CO₃(раств.) + CO₂(г) + H₂O(ж) –Q.

В основном же бикарбонат натрия реагирует с хлоридом аммония:

NaHCO₃(раств.) + NH₄Cl(раств.) = NaCl(раств.) + NH₄HCO₃(раств.) + Q.

Карбонат натрия при нагревании также взаимодействует с хлоридом аммония:

Na₂CO₃(раств.) + 2NH₄Cl(раств.) = CO₂(г) + 2NH₃(г) + H₂O(ж) – Q.

Диоксид углерода, образующийся по указанным реакциям при 80-90 ^оС практически полностью переходит из жидкой фазы в газовую.

При тех же условиях аммиак как хорошо растворимый газ остается в растворе и для своего выделения по роеакции:

NH₃(раств.) = NH₃(г) – Q

требует повышения температуры жидкости и, следовательно, затраты дополнительного тепла.

Связанный аммиак NH₄Cl нельзя разложить простым нагреванием фильтровой жидкости. Он разлагается лишь при взаимодействии с каким-либо основанием, способным связать ионы Сl^–. Для этих целей в содовом производстве применяют известковое молоко.

Известковое молоко может также взаимодействовать с карбонатом аммония по реакции:

Ca(OH)₂(тв.) + (NH₄)₂CO₃(раств.) = CaCO₃(тв.) + 2NH₃(раств.) + 2H₂O(ж) – Q.

Эта реакция является вредной, так как с образующимся карбонатом кальция, идущим в отвал, теряется известковое молоко и диоксид углерода. Для предотвращения этих потерь фильтровая жидкость перед смешением с известковым молоком должна быть по возможности более полно освобождена от СО₂.

Разложение хлорида аммония проходит следующим образом:

Ca(OH)₂(тв.) + 2NH₄Cl(раств.) = CaCl₂(раств.) + 2NH₃(раств.) + 2H₂O(ж) + Q.

Присутствующий в фильтровой жидкости в небольших количествах сульфат натрия переходит в гипс в результате обменной реакции с хлоридом кальция:

Na₂SO₄(раств.) + CaCl₂(раств.) = CaSO₄(тв.) + 2NaCl(раств) – Q.

Образующийся сульфат кальция загрязняет аппаратуру отделения дистилляции, отлагаясь на рабочих поверхностях в виде плотной корки (возрастает гидравлическое сопротивление, уменьшается производительность). Указанная реакция является негативной, но избежать ее нельзя.

В диапазоне температур, имеющих место в дистиллере производства соды сульфат кальция образует две кристаллические модификации: ниже 93 ^оС – двухводный гипс (CaSO₄•2H₂O), выше – полуводный (CaSO₄•0,5H₂O). Если CaSO₄•2H₂O, выпавший при температуре, ниже критической нагревать, то при 93 ^оС он начинает переходить в полуводную форму. Процесс перекристаллизации способствует осаждению твердой соли на стенках аппаратов и трубопроводов. Поэтому существует два температурных режима проведения процесса дистилляции: 1 – «холодный» – ниже 93 ^оС (все аппараты дистилляционной колонны работают под вакуумом); 2 – «горячий» – выше 93 ^оС (все аппараты дистилляционной колонны работают под давлением). Наибольшее распространение получил «горячий» режим.