,

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.

Процесс насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода является экзотермическим. Поэтому выделяющееся тепло необходимо отвести, чтобы обеспечить требуемые степени карбонизации раствора и утилизации натрия.

Наиболее простое кинетическое уравнение процесса карбонизации имеет вид:

где – количество диоксида углерода, поглощенного в единицу времени единицей поверхности раствора, моль/м³ ;

– концентрация активного компонента (не связанного в хлорид и углеаммонийные соли аммиака), н.д.;

– константа, включающая константу Генри и частичный коэффициент абсорбции для жидкостной пленки;

– давление диоксида углерода над метастабильным раствором, кПа;

– парциальное давление CO₂ в карбонизующем газе, кПа.

Следует отметить, что температурный режим влияет на процесс образования кристаллов NaHCO₃ . Для получения крупных кристаллов правильной формы, которые не забивают поверхность вакуум-фильтров и малорастворимые в процессе фильтрации, необходимо поддерживать температуру 60–72 °С в зоне образования и в начальных период роста кристаллов. В процессе дальнейшего роста кристаллов температура уже не оказывает существенного влияния на рост кристаллов. При нормальном росте кристаллов образуются кристаллы типа "бочка", при ухудшении процесса кристаллизации образуются длинные кристаллы склонные к образованию сростков в виде снопов – кристаллы "друза". Такие кристаллы забивают вакуум-фильтры и способствуют тому, что в осадке гидрокарбонат натрия содержится больше воды, чем в кристаллах типа "бочка".

На основе горизонтальной проекции изотермической диаграммы растворимости для 15 °С в системе NaCl–NH₄ Cl–NH₄ HCO₃ –NaHCO₃ , изученной П.П. Федотьевым (см. рис. 1.1), можно определить оптимальные условия для проведения процесса карбонизации [6]. Они находятся вблизи точки Р₁ и линии P₁ –IV.

Выпавший осадок гидрокарбоната натрия отфильтровывают, и далее его подвергают прокаливанию с получением соды (уравнение 1.5). Температура разложения гидрокарбоната натрия составляет 160–180 °С. Эта операция протекает в отделении кальцинации. Выделяющийся диоксид углерода используется в процессе карбонизации.

I–Р₂ – растворы, насыщенные NaHCO₃ и NaCl; P₂ –P₁ – растворы, насыщенные NaHCO₃ и NaCl; P₁ –IV – растворы, насыщенные NaHCO₃ и NH₄ HCO₃ ;

P₁ – раствор, насыщенный NaHCO₃ , NH₄ HCO₃ и NH₄ Cl; Р₂ – раствор, насыщенный NaCl, NH₄ C1 и NaHCO₃ .

Рис. 1.1 – Диаграмма системы NaCl–NH₄ Cl–NH₄ HCO₃ –NaHCO₃

Аммиак обычно регенерируют из хлорида аммония и возвращают в производство. С этой целью раствор, содержащий хлорид аммония подвергают обработке известковым молоком (уравнение 1.4). Образующийся аммиак отгоняют из раствора и направляют на абсорбцию.

Для получения известкового молока необходим оксид кальция, который получают путем обжига карбонатного сырья (мела или известняка) в известково-обжигательных печах при температуре 1100–1200 °С (уравнение 1.1). Образующийся диоксид углерода используют в отделении карбонизации, а СаО используют для получения известкового раствора (уравнение 1.2).

Поступающий сырой рассол (водный раствор хлорида натрия) подвергают предварительной очистке от примесей солей кальция и магния с помощью Na₂ CO₃ и Са(ОН)₂ . В процессе очистки образуются плохо растворимые Mg(OH); и СаСО₃ , выпадающие в осадок:

MgCl₂ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)_2↓ + CaCl₂ (1.6)

CaCl₂ + Na₂ CO₃ → CaCO_3↓ + 2NaCl (1.7)

Осадки Mg(OH)₂ и СаСО₃ удаляют, а очищенный рассол направляют дальше в производство.

2. РЕСУРСО-СЫРЬЕВАЯ БАЗА

Основным сырьем для получения кальцинированной соды на Украине является хлорид натрия, карбонатсодержащее сырьё и аммиак.

В технологии карбоната натрия используют не твердый хлорид натрия, а его водные растворы, содержащие 305–310 г/л соли. Различают естественные и искусственные рассолы.