Зміст
Вступ
1.Завдання
2. Виконання завдання
2.1 Виробництво кальцинованої соди
2.2Матеріальнийрозрахунок стадії очищення розсолу2.3 Матеріальнийбаланс стадії очищення розсолу (на 1000 кг)Список використаноїлітератури
Вступ
Тема контрольноїроботи «Виробництво кальцинованої соди» здисципліни «Основи екології у технології неорганічних речовин».
Сьогодніреконструкція існуючих технологій виробництв у багатьох випадках пов’язана зпідвищенням їх екологічної безпеки. При створенні нових технологій однією зосновних задач є також підвищення екологічної безпеки. Тому знання принципівстворення безвідходних і маловідходних технологій, а також основних методівутилізації відходів є необхідним для інженерно-технічного персоналупідприємств, раціоналізаторів та адміністративно-управлінського персоналу.Необхідні ці знання студентам також для більш досконалого виконання курсових ідипломних проектів.
Дана дисциплінабазується на знаннях, отриманих при вивченні курсів загальної та неорганічнохімії, органічної хімії, фізики, хімічної технології неорганічних речовин,теоретичних основ ТНР, основ екології, загальної хімічної технології, процесіві апаратів хімічної технології.
Задачею курсу євивчення принципів і методів створення нових безвідходних і маловідходнихвиробництв, а також підвищення екологічної безпеки існуючих виробництв,найбільш розповсюджених методів утилізації відходів. Основна увага приділяєтьсяпитанням класифікації відходів, джерелам їх утворення, методам утилізації,підбору основного типового устаткування.
При виконанізавдання треба:
1. Привести принципову схему процесу.
2. Розрахувати матеріальний баланс процесу1 т речовини (першої в рівнянні хімічної реакції) при відомих умовах. Визначитикоефіцієнти витрати сировини, кількісний та якісний склади відходів.
3. Використовуючи навчальну інауково-технічну літературу, запропонувати методи зниження кількості відходів,що утворюються, або методи їх утилізації. Привести технологічну схему найбільшраціонального варіанта процесу утилізації відходів з описом, або схему основноговиробництва з новими режимно-технологічними або апаратурно-конструктивними рішеннями,спрямованими на зниження кількості відходів, що утворюються. Привиконанні завдання необхідно враховувати основний принцип екологізацїї технікиі технології – системний підхід. Він передбачає удосконалювання існуючих ірозроблювальних природно-технічних систем на всіх рівнях ієрархії, починаючи звидобутку сировини і закінчуючи споживанням продукції з урахуванням взаємодії івзаємного впливу всіх складових. Саме системний підхід дозволяє забезпечитистворення технічних систем з високими техніко-економічними характеристиками накожнім окремо узятому ієрархічному рівні. В основу системної екологізаціїпокладено наступні основні стратегічні принципи:
1. Економічні, технологічні та екологічнізадачи необхідно вирішувати одночасно, підпорядковуючись єдиній стратегіїекологізації економіки.
2. Екологізація економіки сьогодні звертаєосновну увагу та засоби не стільки на сферу споживання, скільки наудосконалення об’єктів, що являються фактичними або потенційними джереламизабруднення довкілля.
3. Успіх екологізації економіки здебільшоговизначається наявністю достатньо підготовлених в області теорії та практикиекологізації й екологічного менеджменту кадрів.
4. Створення цивілізованого екологічногоринку на регіональному рівні та у масштабах країни є необхідною умовоюекологізації економіки.
Тактикареалізації цих стратегічних принципів базується на сполученні спеціальнихпідходів і організації технологічних процесів незалежно від галузі, до якоївони належать, з конкретними режимно-технологічними таапаратурно-конструктивними прийомами. Вивчення дисципліни «Основи екологіїу технології неорганічних речовин» та виконання контрольної роботидозволяє реалізувати принцип «екологізація освіти».
1. Завдання Технологічний процес, стадія Умови проведення
Виробництво кальцинованої соди,
стадія очищення розсолу
1) MgCl2+Ca(OH)2®CaCl2+Mg(OH)2
2) CaCl2+Na2CO3®CaCO3+2NaCl
3) CaSO4+Na2CO3®Na2SO4+CaCO3
4) Ca(OH)2+Na2CO3®CaCO3+2NaOH
Склад розсолу (% мас.):
NaCl – 20; MgCl2 – 0,6; CaSO4 – 6,7;
CaCl2 – 0,3.
Вміст Ca(OH)2 у вапняному молоці – 50% мас.
Надлишок Na2CO3 – 5% від стехіометрично необхідної кількості. Надлишок Ca(OH)2 – 10% від стехіометрично необхідної кількості. Розрахунок вести на 1т розсолу.
2. Виконання завдання
2.1 Виробництвокальцинованої соди
На рис.1 [1]приведена технологічна схема очищення розсолу вапняно-содовим способом. У бак 1подають содовий розчин, для готування якого використовуються кальцинована содай очищений розсіл. З гасильного відділення цеху вапняних печей у бак 2надходить вапняна суспензія. Для регулювання титру вапняної суспензії вмішалку-резервуар 2 підводять очищений розсіл. Далі реагенти надходять узмішувач 3. Процес очищення розсолу здійснюється безупинно. Сирий розсілнадходить з розсолопромислу в резервуари – сховища сирого розсолу 9. Основнийпотік сирого розсолу відцентровим насосом 10 через розширник 4 направляється потрубопроводу в реактор. У разі потреби частину сирого розсолу нагрівають зарахунок охолодження газу содових печей, після чого змішують з основним потокому розширнику. Труба, що підводить рідину в реактор, має U-образну форму.Реактор не має мішалки. Необхідне перемішування досягається за рахунок великоїшвидкості надходження рідини з U-образних труб реактора.
/>
Рис.1.Схема відділення очищення розсолу: 1 – бак содового розчину; 2 – бак вапняногомолока; 3 – змішувач; 4 – розширник; 5 – реактор; 6 – відстійник; 7 – резервуарочищеного розсолу; 8 – збірник шламу; 9 – збірник неочищеного розсолу; 10 — насоси
розсолкальцинований сода утилізація меліорант
Для здійсненнянормального перебігу процесу в реакторі температуру пульпи бажано підтримуватив межах 17±3ос.Реактор з'єднаний трубопроводом з відстійником 6. Суспензія надходить зверху увідстійник і по центральній трубі, що не доходить до дна, опускається вниз.Потім розсіл піднімається нагору, відокремлюючись від твердої фази. Проясненийрозчин видаляється з відстійника через переливний жолоб, розташований попериферії. Шлам з нижньої частини відстійника через спеціальні труби періодичноспускається в збірник (шламову мішалку) 8; сюди ж надходить шлам з реактора 5.Прояснений розсіл з відстійника 6 направляється в збірник 7 і далі насосом 10 –на абсорбцію. У мішалці 8 шлам розбавляється водою і насосом 10 перекачується вшламопроводи дистилерної рідини.
2.2 Матеріальнийрозрахунок стадії очищення розсолу
У 1000 кгрозсолу міститься:
NaCl: 1000×0,2=200кг;
MgCl2:1000×0,006=6 кг;
CaSO4:1000×0,067=67 кг;
CaCl2:1000×0,003=3 кг;
інше вода: 1000-(200+6+67+3)=724кг.Витрата Ca(OH)2 100%-ого по реакції(1): />кг;
при 10%-мунадлишку Ca(OH)2 100%-ого: 4,66×1,1=5,13кг;
розчину Ca(OH)2:5,13/0,5=10,26, у ньому води: 10,26-5,13=5,13 кг.
Витрата Na2CO3:
по реакції (1)утворилося СаCl2: />кг;
по реакції (2)витрачається соди: />кг;
по реакції (2)витрачається соди на вихідну кількість СаCl2: />кг;
по реакції (3)витрачається соди: />кг;
по реакції (4)витрачається соди на надлишкову кількість Сa(OH)2: />кг;
Разомвитрачається соди: 6,68+2,56+52,22+0,67=62,43 кг;
с урахуванням5%-го надлишку: 62,43×1,05=65,55 кг.
По реакції (1)утворюється Mg(OH)2: />кг.
CaCO3утворюється по реакції (2) із СaCl2 реакції (1): />кг,
по реакції (2) звихідного СaCl2: />кг,
по реакції (3): />кг,
по реакції (4) знадлишкового Ca(OH)2: />кг.
Разомутворюється CaCO3: 6,31+2,70+49,30+0,63=58,94 кг.
NaCl утворюється
по реакції (2)із СaCl2 реакції (1): />кг,
по реакції (2) звихідного СaCl2: />кг.
Разомутворюється NaCl: 7,37+3,16=10,53 кг.
Na2SO4утворюється по реакції (3): />кг.
NaOH утворюєтьсяпо реакції (4): />кг.2.3Матеріальний баланс стадії очищення розсолу (на 1000 кг) ПРИХІД ВИТРАТА сировина кг % продукт кг %
1) розсіл,
у т.ч.: NaCl
1000
200
92,95
20 NaCl 210,53 19,57
MgCl2 6 0,6
Mg(OH)2 3,67 0,34
CaSO4 67 6,7
CaCO3 58,94 5,48
CaCl2 3 0,3
Na2SO4 69,96 6,5 вода 724 72,4 NaOH 0,51 0,05
2)вапняне молоко,
у т.ч.: Са(ОН)2
10,26
5,13
0,95
50 вода 5,13 50 вода 729,13 67,77
3)Na2CO3 65,55 6,1
Na2CO3 3,12 0,29 УСЬОГО 1075,81 100 УСЬОГО 1075,86 100
Розчин хлориду натрію (розсіл) – вихіднусировину для виробництва кальцинованої соди – одержують шляхом підземноговилужування кам'яної солі в свердловинах методом гідроврубу; розчиненнямкам'яної солі, добутої в шахтах, а також шляхом осадження солі в спеціальнихбасейнах або в природних озерах з одержанням розсолу необхідної концентрації.
Через наявністьдомішок у сировині не вдається одержати чистий розсіл для безпосередньоговикористання у виробництві соди. Він містить домішки солей Са і Mg. Якщо їх невидалити, то на наступній стадії – абсорбції – при поглинанні аміаку і диоксидавуглецю з розсолу будуть випадати в осад погано розчинні у воді сполуки СаСО3,Mg(OH)2, NaCl×Na2CO3×MgCO3і (NH4)2CO3×MgCO3,що приведе до забруднення апаратури, трубопроводів, а також до забрудненняготової продукції – соди. Тому розсіл піддають очищенню від солей кальцію імагнію. На содових заводах розсіл очищають від домішок вапняно-содовим способом[1]: для осадження солей кальцію використовують соду, для осадження солеймагнію – вапняну суспензію. У процесі очищення магній осаджується з розсолу увиді гидроксиду, а кальцій – у виді карбонату. Отримана суспензія відстоюється.З відстійника розсіл надходить у відділення абсорбції. Після відстоюванняутворюється очищений розсіл з вмістом зважених часток на рівні слідів і шлам звмістом твердих речовин СаСО3 і Mg(OH)2 250±20г/л [2]. Щільність розсолу перед відстоюванням розрахуємо за принципомадитивності:
/>,
де /> - щільність і-гокомпонента;
ni –масова частка і-го компонента.Речовина
/>, кг/дм3 [3] NaCl 2,165
Mg(OH)2 2,350
CaCO3 2,930
Na2SO4 2,698 NaOH 2,130
H2O 1,000
Na2CO3 2,533
/>2,1650,1957+2,35 0,0034 2,93 0,0548+2,698 0,065+2,13 0,0005+1 0,6777+2,5330,0029=1,31 кг/дм3.
При такійщільності об’єм, що займає 1075,86 кг суспензії, складе
/> дм3.
Вміст у ньомузважених часток CaCO3 і Mg(OH)2 складає /> кг/дм3=76 г/дм3.
За умови, щопісля відстоювання розсіл не містить зважених часток, а шлам містить (усередньому) 250 г/л зважених часток, то кількість шламу, що утворюється знеочищеного розсолу складе /> кг.
Вміст твердихчасток CaCO3 і Mg(OH)2 складає 62,61 кг або 62,61/327,06∙100=19,14%.Кількість розсолу, що міститься в шламі, складе:
327,06-62,61=264,45кг або 264,45/327,06 100=80,86%.
Для визначеннякількості NaCl, Na2SO4, NaOH і H2O у шламірозрахуємо його склад у відсутності зважених часток. Маса розсолу без зваженихчасток складає:
1075,86-58,94-3,67=1013,25кг.
Тоді вміст NaCl,Na2SO4, NaOH і H2O відповідно складе:
/>;
/>;
/>;
/>.
Вміст цихречовин у шламі складе:
NaCl: 264,450,2078=55 кг;
Na2SO4:264,45 0,069=18,3 кг;
NaOH: 264,450,0005=0,13 кг;
H2O:264,45∙0,726=190,3 кг.
Таким чином, приодержанні 1т очищеного і проясненого розчину утвориться шламу: />кг,
з вмістом уньому:
СaCO3+Mg(OH)2– 19
NaCl:/>;
Na2SO4:/>;
NaOH: />;
H2O: />
Шлам черезшламопроводи дистилерної рідини направляють на виробництво меліоранта (абоінших продуктів на основі карбонатної сировини, наприклад, хлориду кальцію). Нарис.2 приведена схема виробництва меліоранта. Дистилерна суспензія надходить увідстійник 1, відкіля прояснена фаза направляється у виробництво хлоридукальцію, а згущена – у проміжну ємність 2 і потім у камерний фільтр-прес 3.Фільтрат зі збірника 4 направляється у виробництво хлориду кальцію. Промивнийфільтрат, а також регенераційну рідину після промивання фільтрової тканинизбирають у ємності 5 і направляють на гасіння вапна, готування вапняного молокай ін. технологічні потреби. Відфільтрований осад транспортером 6 подається вбункер-вібродозатор 7 і далі – у змішувач 8. У змішувач же надходить частинапродукту в якості ретура (відношення 1:1,5). Після змішання вологого шламу іретура матеріал завантажують у барабанну сушарку 10, де він висушується довологості 8%. Після сушіння матеріал подрібнюється в молотковій дробарці 11 інадходить у пневмоустановку 9, а далі в силос 12. Із силосу 12 продуктнаправляється споживачеві.
/>
Рис.2.Схема виробництва меліоранта: 1 – відстійник; 2 – проміжна ємність; 3 –камерний фільтр-прес; 4 – збірник фільтрату; 5 – збірник промивних вод; 6 –транспортер; 7 – бункер-вібродозатор; 8 – змішувач; 9 – пневмоустановка; 10 –барабанна сушарка; 11 – молоткова дробарка; 12 – силос
Дистилернасуспензія, що надходить у цех хлориду кальцію [1], проходить попереднюкарбонізацію газом, що містить диоксид вуглецю, у карбонаторе 1, після чогонаправляється на відстій від зважених часток у відстійник 2. Шлам (тверда фаза)з відстійника направляють на подальшу переробку у виробництво вапняногомеліоранта і кормових добавок, а прояснений розчин зливають у ємність 3. Сюдидодають ініціювання з активного ангідриту CaSO4 для запобіганняінкрустування теплопередаючих поверхонь випарної батареї.
Проясненадистилерна рідина з ініціюванням з ємності 3 насосом 4 подається в трикорпуснупрямоточну батарею 5, де рідина випарюється до вмісту 18% CaCl2. З останньогокорпуса випарної установки суспензія зливається у відстійник 7. Згущенусуспензію, що представляє собою ініціювання, через ємність з мішалкою 8 насосом9 повертають у ємність 3 для подальшого використання ініціювання.
Часткововипарена і прояснена від ініціювання дистилерна рідина з бака 10 насосом 11направляється на другу випарну трикорпусну прямоточну установку 12. Тутдистилерна рідина концентрується до 38% за хлоридом кальцію і виділяєтьсяосновна маса хлориду натрію. Останні корпуси випарних установок 5 і 12 працюютьпід вакуумом. Вторинна пара з останніх корпусів направляється в конденсаторизмішання 6 і 13. Повітря і пара, що нескондесувалася, з конденсаторіввідсмоктуються вакуум-насосами. Конденсат, що утворився у випарних установках,направляється на розсолопромисел, що дозволяє відповідно зменшити витратучистої води.
Суспензіяхлориду натрію в 38%-ном розчині хлориду кальцію зливається у відстійник 14.Згущена частина з відстійника далі надходить на центрифугу 15, відкіля твердийхлорид натрію направляється споживачам або повертається у виробництво соди.Фугат через збірник фугата 16 насосом 17 повертається у відстійник 14.Прояснений 38%-ный розчин хлориду кальцію зливається в ємність 18, а потімнасосом 19 подається на усмоктувальну лінію циркуляційного насосавакуум-кристалізаційної установки. У вакуум-кристалізаторі 20 відбуваєтьсяподальше концентрування розчину до вмісту 40% CaCl2, причому утверду фазу виділяється додаткова кількість хлориду натрію. Суспензія хлоридунатрію в 40%-оум розчині хлориду кальцію з вакуум-кристалізатора направляєтьсяу відстійник солі 21; згущена соляна пульпа далі надходить у відстійник 14.
Прояснений40%-ний розчин хлориду кальцію подається у випарний апарат 22, що працює приатмосферному тиску, де розчин випарюється до стану плаву (72% CaCl2).Вторинна пара апарата 22 використовується для обігріву апарата-утилізатора 23,що працює (по струму рідини) паралельно випарній установці 5. Плав хлоридукальцію надходить у корито апарата лускування 24, а в барабан апарата подаєтьсяохолоджена вода. «Сира» лусочка зрізується з барабана ножем і задопомогою транспортера 25 направляється в апарат для загартування 26.
/>
Рис.3.Схема виробництва хлориду кальцію: 1 – карбонатор; 2,7,14,21 – відстійники;3,8,18 – ємності; 4,9,11,17,19 – насоси; 5,12 – випарні установки; 6,13 –конденсатори змішання; 10 – бак; 15 – центрифуга; 16 – збірник фугата; 20 –вакуум-кристалізатор; 22 – апарат плаву; 23 – утилізатор; 24 – апаратлускування; 25,31 – транспортери; 26 – апарат загартування; 27 – топка; 28 –циклон; 29 – вентилятор; 30 – барабан для охолодження
Сушіння лусочкиздійснюється топковими газами, що проходять протитоком до матеріалу, щовисушується. Топкові гази в барабан для загартування надходять з топки 27, дезгоряє суміш природного газу і повітря. Топкові гази після гартівного барабана,пройшовши циклон 28, вентилятором 29 викидаються в атмосферу.
Гаряча прожареналусочка з вмістом основної речовини ≈78% CaCl2 пересипається вбарабан для охолодження, стінки якого прохолоджуються водообіговою водою.Готову охолоджену лусочку транспортером 31 відправляють на затарювання і потімна склад готової продукції.
Якщо шламрозсолоочистки переробити окремо від дистилерної рідини, то його можнадодатково розділити на твердий залишок, що містить СаСО3, Mg(OH)2і CaSO4×2Н2О и рідкуфазу, що представляє собою близький до насичення розчин NaCl у воді. Рідку фазудоцільно повернути на розсолоочистку. Тверду фазу можна використовувати яксировину для одержання белітових в'язких речовин, або, наприклад, алебастру.Для цього необхідно СаСО3 і Mg(OH)2 перевести в сульфати,отримана суміш після термообробки і розмелу буде мати в'язкі властивості і можевикористовуватися в будівельній індустрії. Тверду фазу безпосередньо можнавикористовувати як добавку у виробництві цементу, як сировину для одержання Mgй ін. цілей.
Таким чином,повернення близького до насичення розчину NaCl на розсолоочистку і переробкутвердої фази, що містить, в основному, СаСО3, Mg(OH)2 іCaSO4×2Н2О ввиробництві белітових в'язких як сировину, дозволить реалізувати дварежимно-технологічних прийоми екологізації (рециркуляція і суміщення) і одинапаратурно-конструктивний (замкнутість структури), а також принципи: локальнезнешкодження викидів, рекуперація, утилізація відходів, ресурсозбереження,комплексність.
Список використаноїлітератури
1. ЗайцевИ.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. – М.: Химия, 1986. – 312с.
2. ШокинИ.Н., Крашенинников С.А. Технология соды. – М.: Химия, 1975. – 288с.