Влияние технологических параметров на процесс промывки кристаллов хлорида натрия, образующихся при переработке дистиллерной жидкости

 АННОТАЦИЯ 

Работа посвящена изученного процесса промывки кристаллов хлорида натрия, образующихся при упарке дистиллерной жидкости. На основании проведенных исследований установлена возможность получения хлорида натрия, пригодного для технического назначения. Предлагается трехкратная противоточная промывка, при этом содержание хлорида кальция в продукционном хлориде натрия снижается до 0,1-0,12%.

ABSTRACT

The article is devoted to the studied process of washing sodium chloride crystals formed during evaporation of the distillation liquid. Based on the carried out research, it has been established that it is possible to obtain sodium chloride appropriate for the industrial use. A three-stage countercurrent washing is proposed while the content of calcium chloride in the production sodium chloride is reduced to 0.1-0.12%.

Ключевые слова: дистиллерная жидкость, упарка, кальцинированная сода, суспензия, сырьё, хлорид кальция, промывка.

Keywords: distillation liquid; boiling-down; calcined soda; suspension; raw material; calcium chloride; washing.

Аммиачный способ мирового производства соды продолжает оставаться основным, хотя его удельный вес, ещё недавно составлявший 100%, снижается и по состоянию на 2018 год может быть примерно оценен в 60-70%.

Этот способ обладает рядом крупных преимуществ:

• необходимое для осуществления способа сырьё - поваренная соль и карбонат кальция являются недорогими, широко распространёнными и легко добываемыми;
• основные реакции процесса осуществляются при невысоких температурах (до 100 градусов по Цельсию) и близких к атмосферному давлению;
• хорошая изученность способа, налаженность и устойчивость технологических процессов;
• высокое качество получаемого продукта;
• сравнительно низкая себестоимость кальцинированной соды.

Аммиачному способу получения соды, однако, присущи и серьёзные недостатки, главными из которых являются:

• низкая степень использования исходного сырья (натрий используется примерно на 2/3, а хлор и кальций не используются совсем);
• большое количество жидких и твёрдых отходов, требующих утилизации, сброса и длительного хранения;
• значительный расход энергетических ресурсов;
• большие удельные капиталовложения для создания содового производства.

Поэтому на данном производстве одновременно с получением ценных продуктов накапливается огромное количество производственных отходов. Наиболее вредным и объёмным отходом производства кальцинированной соды аммиачным способом является дистиллерная суспензия.

Это предопределено самой технологией, по которой невозможно достичь полного использования сырья. Дистиллерная суспензия представляет собой раствор хлоридов кальция и натрия, гидроксида и сульфата кальция с общим массовым содержанием компонентов 15-16%.

Дистиллерную суспензию можно разделить на осветленную жидкость и твердый шлам. Осветленную дистиллерную жидкость и твердые шламы необходимо перерабатывать в продукты, полезные для хозяйственной деятельности человека.

В связи с этим осветленную дистиллерную жидкость и шламы следует рассматривать не как отходы содового производства, а как вторичные материальные ресурсы. При создании малоотходной или экологически рациональной технологии стремятся удовлетворить потребность в данном продукте с наиболее полным использованием природных ресурсов (материальных или энергетических), то есть предусматривается организация переработки вторичных материальных ресурсов и исключение вредных выбросов в атмосферу, водоемы, а также максимальное сокращение потерь тепла в окружающую среду [1-4].

Поэтому снижение количества хлоридных отходов содового производства, их переработка с получением товарных продуктов является актуальной проблемой.

Для данных процессов нами изучено влияние технологических параметров на стадию промывки кристаллов хлорида натрия от ионов кальция с использованием хлоридов натрия с влажностью 20, 30, 40 и 50%, образовавшихся при получении растворов хлорида кальция с концентрацией 30, 40 и 50%.

Промывку проводили трехкратно с противотоком. Соотношения осадок: промывочные растворы варьировали в интервалах 1:0,5-10. В качестве промывных вод использовали чистую воду, 5 и 10%-ные растворы хлорида кальция.

При однократной схеме промывки (табл.1 и рис1.) кристаллов хлоридов 20%-ным влажным натрием, образующимся при упарке дистиллерной жидкости до образования 30%-ного раствора хлорида кальция, с увеличением соотношения Т:Ж от 1:0,5 до 1:10 содержание хлорида кальция в промытом осадке снижается от 3,14 до 2,08; от 2,40 до 1,10 и от 1,71 до 0,12% при применении 10; 5%-ного раствора хлорида кальция и чистой воды соответственно.

С увеличением влагосодержания в осадках от 30 до 50% содержание остаточного хлорида кальция в промытом осадке при соотношении Т:Ж 1:0,5 и 1:10 увеличивается от 5,25 до 10,00; от 3,17 до 5,48; от 4,29 до 8,75 ; от 1,72 до 3,10; от 3,36 до 7,50 и от 0,26 до 0,72% соответственно при применении 10;5%-ного раствора хлорида кальция и чистой воды.

Таблица 1.

Влияние технологических параметров на аналитические показатели промывки хлорида натрия при однократной промывке

Рисунок 1. Изменения содержания CaCl₂ в фильтрате и твердом осадке (NaCl) в зависимости от технологических условий при промывке 10%-ным раствором CaCl₂ (а) и чистой водой (б). Примечание: номера кривых соответствуют номерам табл.1.

Вышеуказанные закономерности сохраняются при промывке осадков хлоридом натрия, выделенным из 40 и 50%-ных растворов.

Остаточное содержание хлорида кальция в промытых кристаллах хлорида натрия, выделенных из 40%-ного хлорида кальция, по сравнению с 30%-ным при одинаковых условиях, увеличиваются от 0,6 до 2,5 и от 0,12 до 0,24 в интервалах Т:Ж =1:0,5-10 и при влажности осадков 20-50%.

Из полученных данных следует, что на остаточное содержание хлорида кальция в промытом осадке сильно влияют: влажность осадка, концентрация раствора хлорида кальция и соотношения Т:Ж. Для достижения более высокой степени промывки хлорида натрия, (табл.1) необходимо снизить влагосодержание осадка, повысить соотношения Т:Ж более 1:10 и использовать только чистую воду. Такие условия неэкономичны, так как в результате на 1 т промытого хлорида натрия получается более 10 т низкоконцентрированной (0,5-2,38%) промывной воды (табл.2 и 3).

Это вынуждает применять трехкратную противоточную промывку.

В таблице 2 показана вторая стадия промывки осадков, выделенных из 30%-ного раствора хлорида кальция и промытых 10%-ным раствором хлорида кальция, при Т:Ж 1:0,5, 1:1 и 1:2.

Промывку проводили с применением 5%-ного раствора хлорида кальция и чистой водой, соотношение Т:Ж варьировали в интервалах 1:1-3. С повышением Т:Ж от 1:0,5 до 1:3 на второй стадии промывки, содержание хлорида кальция в промытом осадке колеблется от 1,61 до 1,13 и от 6,25 до 3,57 при влажности осадка 20 и 50% соответственно. При промывке осадков на первой стадии с Т:Ж 1:2, эти значения колеблются от 1,39 до 1,09 и от 4,75 до 3,15 соответственно при 20 и 50% влажности осадков.

При применении в одинаковых условиях чистой воды на второй стадии промывки содержание хлорида кальция в осадках снижается в 2-5 раза до 0,15, т. е. первая промывка проводится при Т:Ж 1:2 [1(20%-ный осадок):2(10%-ный раствор хлорида натрия)] и вторая стадия промывки 1:3 [1 (20%-ный осадок, первая промывка):3(вода)]. Однако при этих условиях образуется разбавленный раствор с содержанием 0,74% хлорида кальция, который нельзя использовать на первой стадии промывки осадка.

Таблица 2.

Влияние технологических параметров на второй стадии промывки хлорида натрия при получении 30%-ного хлорида кальция

С целью увеличения степени промывки и концентрации промывных вод с одновременным снижением расхода чистой воды проводили третью стадию промывки с использованием только чистой воды при соотношении Т:Ж 1:0,5-3. В качестве осадков использовали влажный промытый осадок на первой стадии при Т:Ж 1:1, 1:2 и на второй стадии при 1:1 и 1:3. 

Таблица 3.

Влияние технологических параметров на третьей стадии промывки хлорида натрия при получения 30%-ного хлорида кальция

В таблице 3 приведены результаты промывки четырёх проб. Первая и вторая пробы на первой стадии промывки 10%-ным раствором хлорида кальция при Т:Ж 1:1, а на второй стадии-5%-ным раствором хлорида кальция при Т:Ж 1:1 и 1:3 соответственно.

Третья и четвертая пробы на первой стадии промыты 10%-ным раствором хлорида кальция при Т:Ж 1:2, на второй стадии-5%-ным раствором хлорида кальция при Т:Ж 1:1 и 1:3.

Из таблицы 3 видно, что при применении первой пробы с влажностью 20% с повышением Т:Ж от 1:5 до 1:3 содержание хлорида кальция снижается в 5 раз-от 0,37 до 0,08%.

А с увеличением влажности до 50% эти значения снижаются в 3,8 раза-от 2,23 до 0,64 с одновременным увеличением общего содержаниях хлорида кальция в осадках в 7-8 раз.

При помывке второго образца в этих условиях содержание хлорида кальция снижается всего лишь на 0,01%, однако расход 5%-ной промывной воды на второй стадии в 3 раза больше.

Результаты промывки третьего образца показывают одинаковое содержание хлорида кальция в первой пробе, однако расход 10%-ного раствора хлорида кальция на первой стадии промывки в 2 раза больше.

Таким образом, по результатом анализов предлагается трехкратная противоточная промывка при соотношении Т:Ж 1:2 и промывке10; 5%-ным раствором хлорида кальция и чистой водой. При этом содержание хлорида кальция в осадке достигает 0,1-0,12%, а промывная вода с концентрацией хлорида кальция 0,53-1,5%; 5,4-6,00; 11,8-14,00% достигает на третьей, второй и первой стадиях промывки соответственно. 

Список литературы:
1. Патент № 100943 Польша. Кл. C01F11. Переработка дистиллерной жидкости / Krizala Josef, Danek Rostislav. - РЖХим 1979, 21 Л, 188 с.
2. Крашенинников С.А. Технология соды. - М.: Химия, 1988. - 304 с.
3. Ткач Г.А., Шапорев В.П., Титов В.М. Производство соды по малоотходной технологии. - Харьков: ХГПУ, 1998, 429 с.
4. № 13 1970 УДК 661.32 13Л62. Магнитная обработка дистиллерной жидкости / Шахов А.И., Душкин С.С. - Химическое и нефтяное машиностроение, 1970, № 3, 18-19 с.