Создание безотходной технологии в производстве кальцинированной соды (стр. 1 из 5)
Міністерство освіти та науки України
Національний технічний університет
“Харківський політехнічний інститут”
Кафедра Хімічної технології неорганічних речовин, каталізу та екології
Контрольна робота
З курсу Сировина галузі, основи безвідходного виробництва
На тему “Створення безвідходної технології
у виробництві кальцинованої соди”
Студентки 4 курсу
Групи НЗ–16
Харків
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА Na2CO3
2. РЕСУРСО-СЫРЬЕВАЯ БАЗА
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА Na2CO3
4. ОСНОВНОЙ АППАРАТ
5. ТЕХНИКО–ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ
6. ОТХОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ СОДЫ И МЕТОДЫ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ
6.1 ПЕРЕРАБОТКА ЖИДКИХ ОТХОДОВ
6.2 ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ
7. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время трудно себе представить какую-нибудь отрасль какой-либо страны, где бы не применялась сода или продукты из неё. Крупнейшими потребителями соды являются такие отрасли, как химическая, металлургическая, пищевая и другие. Важнейшие из областей применения соды показаны на рис. 1 [1, 2].Рис. 1 – Отрасли применения кальцинированной соды.
В химической промышленности сода применяется для получения NaOH химическими методами, NaHCO3, соединений хрома, сульфитов и фторидов,фосфатов, NaNO2 и NaNO3, для очистки рассолов, а также используется для производства различных видов стекол.
Большое количество карбоната натрия используется в цветной металлургии: для производства глинозема, при переработке свинцово-цинковых, кобальт-никелевых, вольфрамомолибденовых руд.
Черная металлургия применяет Na2CO3 для удаления серы и фосфора из чугуна и извлечения ряда химических продуктов из смол в коксохимическом производстве.
В машиностроении содопродукты необходимы для пассивирования и обезвреживания деталей машин и инструмента. Кроме того, применяется сода и в литейном производстве.
Значительное количество соды используется в целлюлозно-бумажной промышленности для производства различных продуктов.
Медицинская промышленность использует соду в производстве различных медикаментов. Следует указать на применение соды в изготовлении электровакуумного стекла в электронной промышленности.
Большое значение имеет использование соды для очистки различных сточных вод, очистки воды питающей паровые котлы.
В легкой промышленности кальцинированная сода используется для беления и крашения тканей, получения искусственного щелка, нитроцеллюлозы.
Большое значение имеет применение соды для производства мыла и моющих средств, без которых современная жизнь кажется невозможной [1–3].
Уровень потребления кальцинированной соды на душу населения в странах СНГ составляет 15–20 кг/человека. Мировая потребность в Na2CO3 по состоянию на 1995 год составила 35 млн т/год. Потребление соды в 2000 году составило около 39–41 млн т [2].
Приведенные данные указывает на то, что сода является востребованным крупнотоннажным продуктом основной химии.
1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА Na2CO3
Требования к выпускаемой кальцинированной соде (легкой) в соответствии с данными ГОСТ 5100–85 [4] приведены в таблице 1.1:
Таблица 1.1 –Показатели качества кальцинированной соды
| Наименование показателя | Норма для марки и сорта | |||||
| Марка А ОКП 21 3111 0200 | Марка Б ОКП 21 3111 0100 | |||||
| Высший сорт ОКП 21 3111 0220 | Первый сорт ОКП 21 3111 0230 | Второй сорт ОКП 21 3111 0240 | Высший сорт ОКП 21 3111 0120 | Первый сорт ОКП 21 3111 0130 | Второй сорт ОКП 21 3111 0140 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1. Внешний вид | Гранулы белого цвета | Порошок белого цвета | ||||
| 2. Массовая доля углекислого натрия (Na2CO3), %, не менее | 99,4 | 99,0 | 98,5 | 99,4 | 99,0 | 99,0 |
| 3. Массовая доля углекислого натрия (Na2CO3) в пересчете на непрокаленный продукт, %, не менее | 98,7 | 98,2 | 97,0 | 98,9 | 98,2 | 97,5 |
| 4. Массовая доля потери при прокаливании (при 270–300) ºС, %, не более | 0,7 | 0,8 | 1,5 | 0,5 | 0,8 | 1,5 |
| 5. Массовая доля хлоридов в пересчете на NaCl, %, не более | 0,2 | 0,5 | 0,8 | 0,4 | 0,5 | 0,8 |
| 6. Массовая доля железа в пересчете на Fe2О3, %, не более | 0,003 | 0,005 | 0,008 | 0,003 | 0,003 | 0,008 |
| 7. Массовая доля веществ, нерастворимых в воде, %, не более | 0,04 | 0,04 | 0,08 | 0,03 | 0,04 | 0,08 |
| 8. Массовая доля сульфатов в пересчете на Na4SO4, %, не более | 0,04 | 0,05 | не нормируется | 0,04 | 0,05 | не нормируется |
| 9. Насыпная плотность, г/см3, не менее | 1,1 | 0,9 | 0,9 | не нормируется | ||
| 10. Магнитные включения размером более 0,25 мм | отсутствуют | не нормируется | не нормируется | |||
Кальцинированную соду упаковывают в четырехслойные бумажные мешки; соду, поставляемую для производства электровакуумного стекла – в пятислойные бумажные или пятислойные ламинированные мешки. Транспортируют соду насыпью в специальных контейнерах грузоотправителя, содо–, саже- и цементовозах, а упакованную в мешки – в крытых железнодорожных вагонах, контейнерах, судах.
Сода гигроскопична, при хранении на воздухе поглощает диоксид углерода и слеживается.
В настоящее время в мире производство кальцинированной соды базируется на четырех основных способах: аммиачном, из природной соды, комплексной переработкой нефелинов, карбонизацией гидроксида натрия [1, 2].
Карбонизация гидроксида натрия как промышленный способ получения кальцинированной соды получила некоторое распространение в конце 60-х–начале 70-х годов. В настоящее время во всем мире действует лишь несколько небольших установок по получению соды с использованием этого способа, и доля его в мировом производстве кальцинированной соды составляет около 1 % [2].
Процесс переработки нефелинов с получением глинозема, кальцинированной соды, поташа и цемента на основе апатит-нефелиновых месторождений, а также нефелиновых руд – третий по значимости из промышленных способов получения соды [1–3, 5–7].
Вторым по значимости способом, по которому получают соду, является получение соды из природного содосодержащего сырья. Особенно этот способ получил распространение за рубежом, в США, после того, как там были открыты залежи троны (Na2CO3–NaHCO3–2H2O). С 1977 года в США для производства соды используют также рапу озера Сиэрлз (Калифорния).
Недавно в США были открыты новые богатейшие залежи природной соды - нахколита (NaHCO3) и даусонита (NaАl(ОН)2СО3). Источники природной соды, но несравненно меньше чем в США имеют и другие страны: Бельгия, Бразилия, Индия, Китай, Турция, Канада, ЮАР. В 1990–1993 годах долю соды, получаемой из природного содосодержащего сырья в мировой практике можно оценить в 32,1 % [2].
Аммиачный способ получения соды продолжает оставаться основным и на сегодняшний день. По состоянию на 1993 год его доля в производстве карбоната натрия составила около 65 %.
Следует упомянуть о разновидности аммиачного способа, который основан на замене аммиака органическими соединениями – алифатическими аминами. Однако этот способ на сегодняшний день не получил достаточного широкого распространения [7] и на Украине не применяется.
Украина имеет лишь незначительные запасы нефелиновых руд, и не обладает природными запасами, содержащими соду. Поэтому на сегодняшний день единственным способом, по которому производят соду на Украине, является аммиачный способ. Рассмотрим аммиачный способ более подробно.
В общем виде для любых химико-технологических систем химизм основных стадий аммиачно-содового процесса можно представить в виде следующих уравнений [1–3, 5–6]:
(1.1)CaO + H2O = Ca(OH)2(1.2)
(1.3)2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3 +2H2O(1.4)
2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2(1.5)
На содовых заводах гидрокарбонат аммония получают из аммиака и углекислого газа, растворяя их в водных растворах NaCl (уравнение 1.3). Это уравнение характеризует только конечный результат взаимодействия хлорида натрия и гидрокарбоната аммония. В действительности процесс карбонизации протекает гораздо сложнее.
Так как диоксид углерода плохо растворяется в воде в отсутствие аммиака, то на первой стадии сначала раствор хлорида натрия насыщают аммиаком, а потом аммонизированный рассол насыщают диоксидом углерода. Процесс насыщения раствора хлорида натрия аммиаком и диоксидом углерода проводят при сравнительно низких температурах, что обеспечивает протекание реакции слева на право.
На первом стадии карбонизации большая часть диоксида углерода связывается в карбомат аммония:
,который затем гидролизуется
с образованием пересыщенного по НСО3– раствора. Затем из пересыщенного раствора кристаллизуется гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции:
Кристаллизация гидрокарбоната натрия подчиняется общим закономерностям и зависит, прежде всего, от температуры, пересыщения и скорости перемешивания раствора. Необходимо отметить, приведенная схема только условно отображает процесс.