theo 4 phía trục cánh đảo. Góc 2 cách đảo trên trục là 900. Độ nghiêng cánh đảo 450
để đưa hỗn hợp vào lò nhiệt giải.
c. Thiết bị làm lạnh khí lò nhiệt giải
Hình 70 mô tả cấu tạo thiết bị làm lạnh khí lò nhiệt giải.Thiết bị làm lạnh gồm 2 phần: Phần làm lạnh (2) và phần đáy chứa (1). Thiết bị làm lạnh gồm nhiều khối đặt nối tiếp nhau. Khí và nước rửa đi trong các ống. Khí chuyển động từ trên xuống còn nước làm lạnh
đi từ dưới lên trên qua các khối làm lạnh kiểu ống chùm. Nước ngưng thu được cùng với nước rửa đưa vào bể chứa (1). Theo tính toán thực tế 1 tấn soda ngưng tụ khoảng 350kg nước, hòa tan 8kg NH3, 10kg CO2 và10 kg soda. Bề mặt làm lạnh khí cho mỗi tấn sản phẩm ngày đêm 2m2. Vật liệu tạo tháp làm lạnh dùng bằng gang.
5.2.5. Chỉ tiêu kỹ thuật
+ Nhiệt độ soda ra lò nhiệt giải:
- Với lò tuần hoàn soda 140 1500C - Với lò không tuần hoàn 160 1800C.
+ Na2CO3 trong sản phẩm 99%
+ Hàm lượng NaCl trong sản phẩm 0,8%
+ [CO2] vào xiclon 95% theo gốc khô.
+ [CO2] ra khỏi tháp rửa khí nối tiếp với thiết bị làm lạnh 87%.
+ Nhiệt độ khói lò ra khỏi lò nhiệt giải 420 5000C.
+ Nhiệt độ khí ra khỏi thiết bị làm lạnh khí lò nhiệt giải 320C.
+ áp suất khí trong lò nhiệt giải trước xiclon phải đảm bảo dư 0,5 2mm cột nước.
Hình 70. Thiết bị làm lạnh khí lò soda
Chương VI
Chứng phân giải amoniac và cacbonic từ nước lọc NaHCO3 6.1. Cơ sở lý luận quá trình tái sinh NH3
6.1.1. Phân giải muối cacbonat amôn
Trong sản xuất soda cũng như urê, quá trình chưng nhằm mục đích đuổi các khí cacbonic và amoniac chứa trong các muối hòa tan khỏi dung dịch muối amon.
NH4Cl, NH4HCO3, (NH4)2CO3, NH4COONH2.
Amoniac và cacbonic có độ bay hơi cao và độ liên kết hoá học trong các muối với nhau yếu. Do đó dùng biện pháp đốt nóng dung dịch cũng có thể phân giải và đuổi được hầu hết amoniac và cacbonic khỏi dung dịch. Trong sản xuất soda nước lọc sau khi tách bicacbonat natri đem đốt nóng tới 35 400C, khi đó muối amon biccacbonat bắt đầu phân giải:
2NH4HCO3 (d.d) (NH4)2CO3 (d.d) + CO2 (k) + H2O - 57 Kcal/kg.
Khi đó cacbonic thoát ra dưới dạng khí CO2 còn amoniac vẫn nằm dưới dạng dung dịch. Tiếp tục đốt nóng tới 65 700C bắt đầu phân giải amon cacbonat:
(NH4)2CO3 (d.d) 2NH3 (d.d) + CO2 (k) + H2O - 242 Kcal/kg Ngoài ra còn có một số phản ứng phụ xảy ra trong quá trình đun nóng dung dịch:
NaNCO3 + NH4Cl NaCl + NH4HCO3 + 19 Kcal/kg NH4HCO3 NH3 + CO2 + H2O – 198 Kcal/kg
Amoniac tạo ra vẫn nằm lại trong dung dịch làm tăng độ hoà tan của CO2 trong đó và ngăn cản quá trình đuổi CO2 khỏi dung dịch. Muối cho quá trình đuổi khí nhanh phải dùng hơi nước đi qua dung dịch.
Khi đốt nóng dung dịch tới 80 900C quá trình phân giải (NH4)2CO3 xảy ra rất nhanh. Tiếp tục đun nóng dung dịch bằng dòng hơi nước tới nhiệt độ gần điểm sôi hầu hết CO2 được đuổi khỏi dung dịch còn amoniac muốn đuổi khỏi dung dịch cần phải cấp một lượng nhiệt lớn. Tốc độ và mức độ chưng đuổi NH3 khỏi dung dịch phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và thành phần dung dịch.
NH3 (d.d) NH3 (k) – 490 Kcal/kg
Độ hòa tan của NH3 giảm khi nhiệt độ tăng nhưng ở 100oC vẫn còn lại amoniac trong dung dịch vì vậy đuổi amoniac khỏi dung dịch chỉ bằng cách đốt nóng không triệt để. Muốn đuổi triệt để amoniac khỏi dung dịch phải chưng trong dòng hơi nước hoặc không khí nhằm giảm áp suất riêng phần của ammoniac trên bề
mặt dung dịch. Tăng áp suất độ hoà tan của amoniac tăng, chưng đuổi càng không triệt để. ở điều kiện thường độ hoà tan của amoniac trong nước không theo định luật Henri và chỉ có 3 7% lượng amoniac hoà tan trong nước ở dạng liên kết vật lý mới tuân theo định luật Henri.
Nhiệt độ hoà tan amoniac trong nước phụ thuộc nhiệt độ và áp suất. Nhiệt hoà tan của amoniac trong dung dịch muối amon cacbonat còn phụ thuộc nhiệt độ, nồng độ amoniac và mức độ cacboanat hóa trong dung dịch:
R = 100
] NH [
] CO [
3 2
[CO2] - Nồng độ CO2 dung dịch [đlg/l]
[NH3] - Nồng độ NH3 trong NH4OH, (NH4)2CO3, NH4HCO3 [đlg/l]
Nhiệt hoà tan gồm 2 loại: Nhiệt hoà tan riêng phần và toàn phần. Theo định nghĩa thì nhiệt hoà tan riêng phần NH3 là lượng nhiệt toả ra khi hoà tan 1 kg amoniac khí trong dung dịch muối amon cacbonat có mức độ cacbonat hoá xác định R. Khi đó thể tích dung dịch phải dư lớn để hòa tan 1 kg NH3 thì mức độ cacbonat hóa của dung dịch hầu như không đổi. Nhiệt hoà tan toàn phần NH3 là lượng nhiệt toả ra khi hoà tan 1 kg amoniac khí trong dung dịch nước CO2 để tạo dung dịch muối amon cacbonat với mức độ cacbonat hóa R.
Nhiệt trung hoà toàn phần của CO2 bằng amoniac trong dung dịch nước có thể xác định theo mức độ cacbonat hoá khác nhau.
CO2 (d.d) + NH3 (d.d) = nNH3.CO2 (d.d) + Q
ở 180C và 1atm nhiệt phản ứng Q [Kcal/mol] của CO2 với NH3 phụ thuộc hệ số n có các giá trị sau:
n 1 1,3 2 3 5 7
R (%) 200 150 100 67 40 29,6
Q (Kcal/mol CO2) 9,7 10,9 12,4 13,2 13,9 14,1
Từ số liệu trên lập đồ thị và biến đổi rút ra phương trình phản ứng với:
R =200% n
Q = 15,1 - 0,0027 K Q = 15,1-
n 4 , 5
Nếu Q biểu diễn cho nhiệt hoà tan Kcal/mol NH3 thì:
Q = 2
n 4 , 5 n
1 , 15
Nhiệt hoà tan amoniac khí trong nước ở 200C và 1atm: 8,33 Kcal/mol.
Nhiệt hoà tan toàn phần của amoniac khí trong dung dịch muối amon cacbonat bao gồm nhiệt phản ứng (trung hoà) và nhiệt hoà tan amoniaca khí trong nước.
NH3 = 8,33 + 2 n
4 , 5 n
1 ,
15 [Kcal/mol NH3] Nhiệt hoà tan riêng phần của NH3.
q”NH3 = 8,33 + 2 n
4 ,
5 [Kcal/mol NH3]
Nhiệt hoà tan NH3 khí trong dung dịch muối cacbonat amon không phụ thuộc nồng độ dung dịch và tăng nhiệt độ thì nhiệt hoà tan giảm 0,75 Kcal/kg NH3 cho 1độ. Nếu tính nhiệt hoà tan cho kg NH3 có:
qNH3 = 500 + 4,45 R - 0,008R2 - 0,75 t q”NH3 = 500 + 0,008 R2 - 0,75t.
Tương tự như vậy nhiệt hoà tan của CO2 trong dung dịch muối cacbonat amon tính theo kg CO2 có dạng:
qCO2 = 450 - 0,60R - 0,40t q”CO2 = 450 - 1,2R - 0,40t
qCO2, q”CO2 - Nhiệt hoà tan toàn phần và riêng phần của CO2 khí, [Kcal/kg CO2]
R - Mức độ cacbonat hoá; % t - Nhiệt độ dung dịch, 0C.
6.1.2. Phân giải amoniac liên kết và kết tủa CaSO4
Như ta đã biết amoniac dưới dạng tự do và muối cacbonat có thể đuổi khỏi dung dịch bằng đun nóng, còn amoniac nằm dưới dạng liên kết (NH4Cl) chỉ có thể
đuổi khỏi dung dịch bằng kiềm, ví dụ Ca(OH)2. Khi tác dụng NH4Cl với Ca(OH)2. NH3 chuyển về dạng tự do và tạo CaCl2 theo phản ứng:
2NH4Cl(d.d) + Ca(OH)2(r) 2NH3(d.d) + CaCl2(d.d) + 2H2O + 55, 0 Kcal/kg NH4Cl
Tốc độ phản ứng trao đổi đó phụ thuộc tốc độ hoà tan của sữa vôi và tiến hành tương đối chậm. Một lương nhỏ amon sunphat chứa trong dung dịch phân giải cũng tham gia phản ứng trao đổi với sữa vôi theo phản ứng:
(NH4)SO4(d.d) + Ca(OH)2(r) 2NH3(d.d) + CaSO4 + 2H2O – 9 Kcal/kg
Ngoài ra trong nước lọc đem tái sinh còn có một lượng nhỏ NaHCO3 khi
đun nóng dung dịch cũng thoát ra CO2 và NH3 theo phản ứng sau:
2NaHCO3 (d.d) t0 Na2CO3 (d.d) + CO2 (k) + H2O – 27 Kcal/kg Na2CO3 (d.d) + 2NH4Cl (d.d) 2NaCl (d.d) + 2NH3 (d.d) + CO2 + H2O
- 23,3 Kcal/kg Na2CO3.
Hai phản ứng trên tiến hành rất nhanh khi tăng nhiệt độ. Chất lỏng đem tái sinh trước khi trộn với sữa vôi luôn chứa một lượng nhỏ amon cacbonat không bị nhiệt phân giải cũng tham gia phản ứng với sữa vôi.
(NH4)2CO3 (d.d) + Ca(OH)2 CaO3 (r) + 2NH3 (d.d) + 2H2O - 4,0 Kcal/kg (NH4)2 CO3.
Khi đó mất một lượng CO2 và Ca(OH)2 không cần thiết. Trong tất cả các phản ứng phụ trên xảy ra trong quá trình chưng phân giải thì phản ứng tạo canxi sunphat do phản ứng trao đổi giữa CaCl2 với ion SO42 chứa trong dung dịch có ý nghĩa lớn trong sản xuất.
Na2SO4 (d.d) + CaCl2 (d.d) CaSO4 (r) + 2NaCl (d.d) - 63 Kcal/kg.
Thạch cao tạo thành kết tủa trên thành thiết bị tạo lớp cáu cặn rất chắc.
Độ hoà tan của CaSO4 trong chất lỏng đầu tiên tăng theo nhiệt độ, sau đó nhiệt độ tăng độ hoà tan của CaSO4 giảm.
Ví dụ: t = 80; 950; 1000C độ hoà tan 1,18 g/l; 1,27; 1,25 g/ l tương ứng với các nhiệt độ trên.
Điều đó có thể giải thích do thạch cao kết tủa tạo các muối hydrat khác nhau khi kết tủa ở các nhiệt độ khác nhau. Độ hoà tan của CaSO4 giảm khi tăng hàm lượng CaCl2 và nồng độ NaCl
trong chÊt láng.
Hình 71 mô tả độ hoà tan của CaSO4 trong chất lỏng đem tái sinh (chưng phân giải). Đường cong 1 biểu thị hoà tan CaSO4 sau 5 phút kết tủa. Nghiên cứu thành phần kết tủa tạo thành hydrat canxi sunphat thấy trước 810C kết tủa ổn định là CaSO4.2H2O.
Trong vùng nhiệt độ từ 810Cđến 880C kết tủa đồng thời dạng ổn
định CaSO4.2H2O và
Hình 71. Độ hòa tan CaSO4 trong dung dịch tái sinh