Физико-химические основы карбонизации

На стадии карбонизации протекают абсорбция диоксида углерода аммонизированным рассолом и осаждение образующегося гидрокарбоната натрия:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃ + NH₄Cl.

Основной задачей отделения является донасытить аммонизированный раствор диоксидом углерода, обеспечить условия для образования кристаллов гидрокарбоната натрия необходимой формы.

Донасыщение происходит в КЛПК, ПГКЛ-1 и КЛ, а кристаллообразование в КЛ.

Основная сложность ведения данного процесса заключается в правильном сочетании условий его проведения. На процесс в первую очередь влияет температура. Ее влияние является особенно важным на процесс формирования и роста кристаллов. Структура кристаллов оказывает влияние на качество получаемого продукта.

В карбоколонне начинается процесс зарождения кристаллов и их последующий рост. Очень важно получить кристаллы необходимой формы. Возможно получить два типа кристаллов:

1) крупные монолитные кристаллы – «бочки»;

2) сросшиеся мелкие кристаллы – «друзы».

Необходимо получить кристаллы типа «бочка», так как в последующем суспензия из карбонизационной колонны направляется в отделение фильтрации, где разделяется жидкая и твердая фазы, а также производится промывка осадка (кристаллов) от маточного раствора, который содержит хлориды. Сросшиеся кристаллы («друзы») плохо отмываются от маточника и удерживают много влаги, что будет влиять на качество конечного продукта, а именно на содержание в нем хлоридов, которых в пересчете на NaCl должно быть не более 0,4 % мас.

Для получения кристаллов типа «бочка», температур в верхней и средней части карбонизационной колонны должна быть на уровне 60 ^оС, затем понижаться до 30 ^оС в нижней ее части. Для поддержания данного температурного режима нижняя часть карбонизационной колонны составлена из теплообменных элементов.

Характеристиками процесса карбонизации являются степень использования натрия и степень карбонизации:

,

где U – степень использования натрия, %;

[Х_св] – концентрация связанного аммиака, н.д.;

[Cl^–] – концентрация хлоридов, н.д.

,

где R – степень карбонизации, %;

Z – содержание СО₂ в жидкой фазе, н.д.;

X_общ – содержание общего аммиака, н.д.

Степень карбонизации характеризует на сколько полно рассол насыщен диоксидом углерода, а степень использования натрия показывает на сколько полно прошла реакция с образованием гидрокарбоната натрия. По практическим данным степень использования натрия находится на уровне 75 %. Чем выше степень карбонизации, тем выше степень использования натрия.

Для достижения максимально высокой степени карбонизации, СО₂ подают двумя потоками:

1) в нижнюю часть – смешанный газ из отделений кальцинации и обжига с содержанием СО₂ 75-80 % (так называемый газ 1-го ввода);

2) в среднюю часть – газ из отделения обжига карбонатного сырья с содержанием СО₂ 35-40 % (так называемый газ 2-го ввода).