СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 3.. Производство кальцинированной соды Классический пример производства с рециклом Исторически первым методом производства. - презентация

1 СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 3.

2 Производство кальцинированной соды Классический пример производства с рециклом Исторически первым методом производства кальцинированной соды был метод Никола Леблана, разработанный в 1773 г. Метод исходил из сульфата натрия, известняка и кокса. Сода получалась некачественной, засоренной сажей. По этому способу при температуре около 1000°C запекается смесь сульфата натрия (« глауберовой соли »), мела или известняка ( карбоната кальция ) и древесного угля. Уголь восстанавливает сульфат кальция до сульфида : Na 2 SO 4 + 2C Na 2 S + CO 2 Сульфид натрия реагирует с карбонатом кальция : Na 2 S + СаСО 3 Na 2 CO 3 + CaS 2

3 Способ Сольве В 1891 г. бельгийский инженер Эрнест Сольве (Ernest Solvay) разработал новый метод, который с 1915 г. уже полностью заменил старый. Этот метод оставался долгое время и является и сейчас хорошим примером организации внутренних рециклов с целью предотвращения образования отходов. Единственным отходом этого производства является хлорид кальция (100 %- но безотходного производства не существует !) 3

4 Основные реакции процесса Сольве Аммонизация : 2NH 3 + СО 2 + H 2 O (NH 4 ) 2 CO 3 Карбонизация : (NH 4 ) 2 CO 3 + СО 2 + H 2 O 2NH 4 HCO 3 Обменная реакция : NH 4 HCO 3 + NaCl NaHCO 3 + NH 4 Cl Эта реакция очень медленная. Начинается при низких температурах (25-30º С ). Растворимость NaHCO 3 меньше растворимости NH 4 Cl. Кальцинирование : 2NaHCO 3 Na 2 CO 3 + СО 2 + H 2 O Производство извести : CaCO 3 CaO + СО 2 Регенерирование аммиака : CaO + H 2 O Ca(OH) 2 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 CaCl 2 ( отход )+ 2NH 3 + H 2 O Суммарно : NaCl + NH 3 + СО 2 + H 2 O NaHCO 3 + NH 4 Cl 4

5 Технологическая схема В качестве сырья используют насыщенный раствор NaCl ( г / л ), очищенный от катионов Са 2+ и Mg 2+, чтобы предотвратить образование и осаждение карбонатов. Колонны гармонизации и карбонизации - колпачковые колонны. При этом колонна карбонизации полностью затоплена ( т. е. наполнена раствором ) для обеспечения длительного времени пребывания. Нужный конец колонны охлаждается водой. Осадок NaHCO 3 профильтровывается на барабанном вакуум - фильтре и направляется в печь кальцинирования. Фильтрат (NH 4 Cl) поступает в колонну регенерирования аммиака. Туда же подают острый пар для удаления NH 3. 5

6 Производство цемента Портландцемент занимает первое место среди всех вяжущих веществ по масштабу производства. Цемент как вяжущий материал был использован уже в древнем Египте для возведения пирамид ( смесь вулканической золы SiO 2 с известью ). Такой же материал был известен в древней Греции и Риме. На рис. фото Римского Колизея (Colosseum), построенного из блоков травертина ( пористого СаСО 3 ), с использованием в качестве вяжущего вулканической золы (SiO 2 ). Она придает строению гидравлические свойства. Римский Колизей стоит уже ~ 2000 лет. 6

7 Портландцемент Портландцемент запатентовал в 1824 г. англичанин Джосеф Аспдин (Joseph Aspdin). В качестве сырья он использовал мергели ( глинистые известняки ). Название «Portlandcement» происходит от острова Portland вблизи побережья Англии, где добывают природный серый камень. Для производства цемента требуется известняк (~75 %) и глина (~25 %). Для регулирования времени затвердевания добавляют 4-5 % гипса, который замедляет затвердевание цемента. Сырой цемент или клинкер получают в результате обжига смеси CaCO 3 и глины при температуре ~1500º С ( образуется жидкая фаза ) во вращающихся печах. 7

8 Известны мокрый ( более старый ) и сухой процесс. В Кунда на заводе Nordic Cement используют мокрый способ. Барон John Girard de Youcanton начал производство цемента в Кунда в 1970 г. В качестве сырья применяют мергелистые осадки озера Кунда и синюю глину. Известняк измельчают в щёковой дробилке или в молотковой дробилке и затем размалывают вместе с глиной в шаровой мельнице. Получают так называемый шлам ( лобри ), который подается в печь. В качестве топлива в Кунда применяется пылевидный горючий сланец. В последние годы используются также горючие отходы. 8

9 Технологическая схема 9

10 Состав цементного клинкера Из печи получается клинкер с основными компонентами : 2CaOSiO 2 (C 2 S), дикальцевый силикат, % 3CaOSiO 2 (C 3 S), три кальциевый силикат, % 3CaOAl 2 O 3 (C 3 A), три кальциевый алюминат, 5-14 % 4CaOAl 2 O 3 Fe 2 O 3 (C 4 AF), тетра кальциевый алюмоферрит (10-16 %) свободная MgO 2-4 %. Все эти оксиды ( кроме MgO) связаны в соединения ! C 2 S и C 3 S придают цементу твердость, C 3 A ускоряет затвердевание, другие минералы снижают температуру плавления. После помола клинкера в мельницах получают цемент. Марки : С 12/ С 50/60. В числителе прочность цилиндрического испытательного тела на сжатие, МПа ; в знаменателе то же для кубического тела, МПа. 10

11 Производство карбамида Карбамид ( мочевина ) открыта Руэлем в 1773 г. и идентифицирована Праутом в 1818 г. Особое значение мочевине в истории органической химии придал тот факт, что ее синтез Вёлером в 1828 г. явился первым синтезом органического соединения из неорганического : Вёлер получил её нагревом цианата аммония, полученного in situ взаимодействием цианата калия с сульфатом аммония. Все промышленные способы получения карбамида основаны на его образовании по реакции аммиака с диоксидом углерода при температурах около 200° С и давлениях порядка 200 атм и выше, поэтому в большинстве случаев производства мочевины совмещают с аммиачными производствами. Первые промышленные установки получения карбамида появились в е годы на базе работ, проводившихся химиками Германии, США и Франции в начале 20 века. Эти установки работали по так называемой открытой схеме : плав карбамида дросселировали до атмосферного давления, при этом давлении отделяли непрореагировавшие газы и использовали содержащийся в них аммиак для производства аммонийных солей, а затем выпаривали раствор карбамида и получали карбамид в кристаллическом виде. Этот способ был крайне экономически невыгоден. Поэтому в х годах были активизированы в разных странах исследовательские работы, которые были направлены к созданию более экономичных способов получения карбамида ( процесс с полным рециклом ). 11

12 Основные стадии производства 1. Синтез 2. Дистилляция 3. Выпарка 4. Грануляция 12

13 Технологическая схема 13