Производство кальцинированной соды

Барботажные аппараты имеют невысокую эффективность абсорбции аммиака на ступенях по следующим причинам: недостаточно интенсивный гидродинамический режим работы, повышенный брызгоунос жидкости между ступенями и на выходе из аппарата особенно при высоких нагрузках по газовой и жидкой фазам. Кроме того, для действующих ПГКЛ – 2 характерна неустойчивая работа при изменении нагрузок по фазам.
В этой связи актуальной является разработка новой конструкции промывателя газов колонн, которая позволит обеспечить высокую эффективность абсорбции аммиака, ликвидацию брызгоуноса и устойчивую работу в широком диапазоне нагрузок по фазам.
При поглощении аммиака и частично диоксида углерода рассолом в жидкости образуется система NH3-CO2-NaCl-H2O.
Известно, что в ПГКЛ-2 концентрация NaCl изменяется незначительно. С увеличением концентрации аммиака в рассоле и температуры рассола возрастает равновесное содержание аммиака в газе. Это приводит к снижению движущей силы процесса абсорбции аммиака. Содержание аммиака в рассоле на выходе из ПГКЛ-2 находится в пределах 4 ÷ 24 н.д. Присутствие СО2 в рассоле снижает равновесное давление аммиака над рассолом и способствует интенсификации абсорбции аммиака. Механизм и кинетика процессов абсорбции и десорбции аммиака из воды и рассола описаны в работах [2, 3].
Для абсорбции аммиака из отходящих газов в ПГКЛ 2 подают свежий рассол, равновесная концентрация аммиака над этим рассолом равна нулю. Общая степень абсорбции NH3 будет определяться эффективностью и количеством рабочих тарелок. Определение числа ступеней контакта фаз ПГКЛ-2 графическим методом представлено на рис.1. Число теоретических тарелок равно трем. Однако число рабочих тарелок в действующем ПГКЛ – 2 находится в пределах 6 ÷ 8. Становится очевидным несоответствие конструкции тарелок физико-химическим основам процесса.

Рис. 4. Определение числа ступеней контакта фаз ПГКЛ-2: 1-рабочая линия; 2-линия равновесия

Для ускорения абсорбции аммиака необходимо применять контактные устройства, обеспечивающие высокую величину произведения (3r'F, что может быть достигнута как за счет повышения одного из значений (Зг и F, так и за счет их одновременного увеличения. Высокими значениями величин коэффициентов массоотдачи в газовой фазе обладают скоростные аппараты типа «труба Вентури» и вихревые аппараты. Хотя абсолютная площадь поверхности контакта фаз в этих аппаратах мала, однако высокая степень обновления поверхности и высокая турбулизация газа обеспечивают эффективный массоперенос.
Аппараты газоочистки должны существенно отличаться от обычных массообменных аппаратов. Требования по брызгоуносу, предъявляемые к абсорберу для очистки газов от аммиака, являются крайне жесткими. Допустимый брызгоунос в абсорбере очистки отходящих газов в сотни раз меньше допустимого брызгоуноса жидкости в обычном массообменном аппарате. Поэтому барботажные массообменные аппараты требованиям газоочистки не удовлетворяют. Из числа известных массообменных контактных устройств минимальным брызгоуносом обладают вихревые контактные устройства. Следует отметить, что для самой последней ступени контакта фаз абсорбера допустимый брызгоунос должен определяться даже не из условия работоспособности массообменного аппарата, а из условий предельнодопустимого газового выброса (ПДВ) в атмосферу.
Для повышения эффективности абсорбции аммиака необходимо взаимодействие газовой и жидкой фаз в высокотурбулизированном газожидкостном потоке. При этом возрастают скорости газового потока как в зоне контакта фаз, так и по аппарату в целом. Увеличение скорости газового потока приводит к повышению уноса жидкости газовым потоком. Сепарация фаз в поле центробежных сил после вихревых устройств снижает брызгоунос жидкости. Однако допустимый унос жидкости из последней по ходу газового потока ступени настолько мал, что для обеспечения газового выброса аммиака в пределах санитарных норм необходима дополнительная система улова брызг и капель жидкости из газового потока. Эта система должна включать дополнительные вихревые брызгоуловительные ступени и для окончательного улова мелкодисперсных капель жидкости необходимо иметь аппарат с волокнистыми фильтрующими элементами.
Для процесса очистки отходящих газов от легкорастворимых веществ перспективными являются вихревые устройства с восходящим потоком фаз. В вихревых устройствах с восходящим потоком фаз происходит более интенсивное обновление поверхности контакта фаз в результате соударения капель жидкости, как с элементами конструкции, так и с потоком вращающейся жидкости. Кроме того, в вихревых устройствах с увеличением удерживающей способности дополнительно возрастает поверхность контакта фаз.
Контактные устройства абсорбционных установок должны обеспечить: эффективную работу при значительных нагрузках по жидкости и газовому потоку, малое гидравлическое сопротивление, отвод тепла из зоны межфазного контакта, надежную работу в условиях существенно изменяющихся расходов газа и жидкости.

Заключение
Технологическая схема получения соды циклическим способом позволяет решить экологические проблемы, поскольку сокращает объем жидких отходов на 70 % и тем самым практически ликвидирует необходимость шламохранилища — "белого моря".
На начальном этапе применения циклического способа может быть создана малоотходная технология на основе регенерации аммиака из твердого хлорида аммония известковым молоком с получением 30 %ного раствора хлорида кальция, при этом объем дистиллерной жидкости составит 3 м3/т соды вместо 10 м3/т соды при традиционном аммиачном способе, то есть объем жидких отходов снижается на 70 %, а содержание твердого остатка в дистиллерной жидкости по сравнению с аммиачным способом Сольве — примерно до одной трети. Это существенно уменьшает вредное воздействие производства на окружающую среду.
В дальнейшем может быть создана безотходная технология, например, на основе термохимического разложения хлорида аммония различными реагентами — СаО, Сa(ОН)2 — с получением твердого хлорида кальция. Сочетание циклической технологии производства соды и использования твердого хлорида аммония с дальнейшей переработкой его на хлорпроизводные позволяет создать безотходную технологию, в которой отсутствуют как жидкие, так и твердые отходы.
Вместе с тем, следует отметить, что некоторые технологические стадии процесса требуют дополнительных исследований и затрат, как, например, получение твердого хлорида натрия; солерастворение; фильтрация хлорида аммония; кристаллизация хлорида аммония и усовершенствованная дистилляция.


Список литературы
Шокин, И.Н. Технология соды / И.Н. Шокин, С.А. Крашениников. – М.: Химия, 1975. – 288 с.
Рамм В.М. Абсорбция газов / В.М. Рамм. – М.: Химия, 1976. – 626 с.
Махоткин, И.А. Очистка газовых выбросов от паров, аэрозолей и пыли токсичных веществ:автореф. дис. … к-та тех. наук / И.А. Махоткин. – М., 2011. – 20 с.
Шокин, И.Н. Технология соды / И.Н. Шокин, С.А. Крашенинников. – М.: Химия, 1975. – 288 с.
Махоткин, А. Ф. Теоретические основы очистки газовых выбросов производства нитратов целлюлозы / А. Ф. Махоткин. – Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2003. – 268 с.
Махоткин, И. А. О важнейших научно-технических достижениях кафедры «Оборудование химических заводов» на подходах для комплексного решения сложной и актуальной научно-технической проблемы эффективной очистки газовых выбросов современного мощного производства кальцинированной соды, теплоэлектростанций, химических предприятий и предприятий строительной промышленности / И. А. Махоткин, А. С. Балыбердин, А. В. Голягин, А. Р. Халитов, А. Ф. Махоткин // Современные проблемы специальной технической химии: матер. докл. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2006. – С. 610-617.










2