Опытные испытания получения сесквикарбоната натрия на модельной полупромышленной установке

Experimental tests for sodium sesquicarbonate production in a model semi-industrial installation

Эркаев А.У. Каипбергенов А.Т. Кучаров Б.Х. Тоиров З.К. Хожамбергенов Ш.З.

05.05.2017 2052

№ 5 (35)

Цитировать:

Опытные испытания получения сесквикарбоната натрия на модельной полупромышленной установке // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Хожамбергенов Ш.З. [и др.]. 2017. № 5 (35). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/4776 (дата обращения: 22.12.2024).

Прочитать статью:

Keywords: sodium sesquicarbonate, sodium carbonate, crystallization, material balance

АННОТАЦИЯ

Для получения сесквикарбоната натрия из раствора карбонатов и гидрокарбонатов натрия анализом системы установлено, что необходимо поддерживать концентрацию в интервалах 18-26% и 6-15% соответственно. В результате проведенных опытных испытаний на модельной и полупромышленной установке выявлены оптимальные технологические параметры и получены опытные партии троны. Химический и физико-химический анализы показали, что полученный продукт содержит в своем составе не менее 98-99% сесквикарбоната натрия, что отвечает требованиям технических условий на данный продукт. (Сесквикарбонат натрия — Ts 15510698–06:2016).

ABSTRACT

To obtain sodium sesquicarbonate from a solution of carbonates and sodium hydrogen carbonates by the system analysis, it has been established that it is necessary to maintain the concentration in intervals of 18-26% and 6-15%, respectively. As a result of carried out experimental tests on the model and semi-industrial installation, the optimum technological parameters are identified and experimental batches of tronas are obtained. Chemical and physicochemical analyzes have showed that the obtained product contains at least 98-99% sodium sesquicarbonate in its composition that meets the requirements of technical specifications of this product. (Sodium sesquicarbonate - Ts 15510698-06: 2016).

Кристаллический сесквикарбонат натрия (Na₂CO₃∙NaHCO₃∙2H₂O) является искусственным аналогом природного минерала-троны. В последнее время он все более широко используется в развитых странах в составах разнообразных моющих и чистящих средств (прежде всего бесфосфатных), кремов для ухода за телом, а также в целях регулирования щелочности (pH) воды плавательных бассейнов и в др. целях [1-3].

В странах СНГ и Западной Европы высококачественный сесквикарбонат натрия не производится. Цена 1 т сесквикарбоната натрия на европейском рынке составляет свыше тысячи долларов США.

Наиболее распространенным является способ получения сесквикарбоната натрия, включающий стадии смешения кальцинированной соды с полупродуктом ее производства — сырым гидрокарбонатом натрия и воды.

Проведенный нами анализ системы Na₂CO₃-NaHCO₃-H₂O [4] показывает, что для получения сесквикарбоната натрия из раствора карбонатов и гидрокарбонатов натрия их концентрации необходимо поддерживать в интервалах 18-26% и 6-15% соответственно.

В ранее предложенной нами принципиальной технологии [5] процесс состоит из стадии растворения исходных компонентов с отделением твердой фазы, кристаллизации раствора, отделения сесквикарбоната натрия из пульпы и циркуляции маточного раствора в начало процесса.

Для получения троны (сесквикарбонат натрия) использовались кальцинированная сода и влажный бикарбонат натрия, получающиеся в процессе производства кальцинированной соды на УП «Кунградский содовый завод». В технологической схеме (Рис. 1) получения сесквикарбоната натрия на модельной установке с использованием существующего оборудования УП «Кунградский содовый завод» оборотная вода подавалась в процесс из линии водооборотного цикла предприятия, и сюда же поступала кальцинированная сода и маточный раствор. Водный 24%-ный раствор кальцинированной соды готовился в растворителе при температуре 50ºС, который подавался в реактор (Поз. 1), снабженный паровой рубашкой и перемешивающим устройством, затем подавался влажный гидрокарбонат натрия при соотношении Na₂CO₃:NaHCO₃:H₂O = (0,82-5,2):1:(16-20). В реакторе при температуре 80-85ºС в течение 15-30 минут проводился синтез сесквикарбоната натрия с образованием ее суспензии, которая поступала в холодильник-кристаллизатор (Поз. 2), снабженный охлаждающей водяной рубашкой. Для разделения твердой и жидкой фазы образующаяся суспензия поступала на нутч-фильтр (Поз. 3), где вакуум создавали с помощью вакуум-насоса (Поз. 5). Жидкая фаза (маточный раствор) направлялась в сборник фильтрата (Поз. 6) и далее циркулировалась на стадию растворения. Влажный осадок сесквикарбоната натрия подавался на сушку при температуре не более 75ºС, чтобы не происходило разложения сесквикарбоната натрия. После сушки получили готовый продукт с влажностью не более 0,2-0,8%.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема модельной установки производства троны

1— реактор, 1а, 2а — ЛАТР, 1б, 2б — электродвигатель, 2 — холодильник-кристаллизатор, 3 — нутч-фильтр, 4 — рессивер, 5 — вакуум-насос, 6 — сборник фильтрата

Технологические параметры производства троны:
Температура воды и/или циркулирующего раствора, °С	20-40
Температура процесса растворения, °С	75-90
Продолжительность процесса растворения, мин	30-60
Массовое соотношение исходных компонентов Nа₂CO₃:NaHCO₃:H₂O	(0,82-5,2):1:(16-20)
Температура кристаллизации, °С	30
Состав циркулирующего маточного раствора, %
Na₂CO₃	16,5-23,5
NaHCO₃	3,2-9,9
Содержание сесквикарбоната натрия в продукте, масс.%	98-99

В результате проведенных опытных испытаний на модельной установке произведено 300 кг сесквикарбоната натрия. Химический и физико-химический анализы показали, что полученный продукт содержит в своем составе не менее 98-99% сесквикарбоната натрия, что отвечает требованиям технических условий на данный продукт (Сесквикарбонат натрия — Ts 15510698–06:2016).

На основании успешных испытаний на модельной установке на УП «Кунградский содовый завод» смонтирована полупромышленная установка получения сесквикарбоната натрия, компоновка и схема которой представлены на Рис. 2 и 3 соответственно.

В представленной схеме сырье через винтовой питатель поступает в растворители (Поз. 1), где растворяется в маточном растворе. В реактор (Поз. 4) подается раствор из растворителей (Поз. 1) через дозаторы (Поз. 2) при помощи центробежных насосов (Поз. 17, 13). При заполнении дозатора включается обратный клапан, и избыток сырья вновь поступает в растворитель.

Рисунок 2. Компоновка оборудования полупромышленной установки получения троны

Рисунок 3. Схема полупромышленной установки получения сесквикарбоната натрия

В реакторе (Поз. 4) с паровым подогревом реакция протекает в течение 30-60 минут при температуре 75-90˚С, которая контролируется термопарой, давление в аппарате — атмосферное. Полученная в реакторе суспензия направляется в нутч-фильтр (Поз. 7), где происходит разделение жидкой фазы и механических примесей. Разрежение в фильтре — 0,3 атм. Из фильтра (Поз. 7) очищенная жидкая фаза направляется в сборник (Поз. 8), откуда центробежным насосом (Поз. 11) раствор подается на кристаллизацию в вакуум-кристаллизатор (Поз. 6), где происходит охлаждение холодной водой до 30˚С.

Суспензия подается на нутч-фильтр (Поз. 7), где отделяются кристаллы сесквикарбоната натрия от маточного раствора. Влажные кристаллы сесквикарбоната натрия направляются в сушильную установку (Поз. 10), затем на расфасовку и далее потребителю. Маточный раствор с помощью центробежного насоса (Поз. 11) после сборника (Поз. 8) возвращается в качестве циркулирующего раствора в процесс растворения (Поз. 1). Газовая фаза через ресиверы (Поз. 13) вакуум-насосами (Поз. 12) выбрасывается в атмосферу.

На рисунке 4 представлен материальный баланс производства 1 т сесквикарбоната натрия.

Рисунок 4. Материальный баланс производства сесквикарбоната натрия

В результате проведенных полупромышленных испытаний получено 1000 кг сесквикарбоната натрия с содержанием 99% основного продукта, который передан потребителям для испытания.

Проведенная нами технико-экономическая оценка показала высокую эффективность организации производства 50000 т/год сесквикарбоната натрия на базе УП «Кунградский содовый завод».

Список литературы:

1. Бударагин А. Н. Современные тенденции рынка бытовой химии в России. Решения DowCorning / А. Н. Бударагин // Бытовая химия. — 2006. — № 23. — 8 с.
2. Ветошкин Ю. С. Прогнозирование производства и потребления МС и товаров бытовой химии в России до 2010 года / Ю. С. Ветошкин // Бытовая химия. — 2007. — № 25. — 23 с.
3. Исследование процесса получения сесквикарбоната натрия путем карбонизации содового раствора углекислым газом / А. У. Эркаев, А. Т. Каипбергенов, Б. Х. Кучаров, З. К. Тоиров // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. — 2015. — № 9-10 (17) [Электронный ресурс] — Режим обращения: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2617 (дата обращения 17.03.2017).
4. Теоретический анализ получения сесквикарбоната натрия исследованием четырехкомпонентной системы Na2CO3-NaHCO3-NaCl-H2O / А. У. Эркаев, А. Т. Каипбергенов, Б. Х. Кучаров, З. К. Тоиров // Узбекский химический журнал. — Ташкент, 2015 г. — № 5. — С. 13-16.
5. Patent No.: US 7,638,109 B2. Production of sodium sesquicarbonate and sodium carbonate monohydrate / Copenhafer W.C. // Dec. 29, 2009.

Информация об авторах

Эркаев Актам Улашевич

д-р техн. наук, профессор Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Erkaev Aktam

Doctor of Engineering Sciences, Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

Каипбергенов Атабек Тулепбергенович

д-р. техн. наук, заведующий кафедры НГПИ, Узбекистан, г. Нукус

Kaipbergenov Atabek

doctor of engineering sciences, Head of the Department, NGPI, Republic of Uzbekistan, Nukus

Кучаров Бахром Хайриевич

канд. техн. наук, доцент Института Общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г.Ташкент

Kucharov Bahram

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of the Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Тоиров Закир Каландарович

канд. техн. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Tоirov Zakir

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

Хожамбергенов Шавкат Зарипович

магистрант Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г.Ташкент, ул.Навои, 32

Hojambergenov Shavkat

Master’s Degree student Tashkent Institute of Chemical Technology,100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32