Zadanie projektowe.

Temat : wykonać projekt procesowy karbonizacji
20 ton/dobę solanki.

\

Rok akademicki : 2010/2011

1.WPROWADZENIE

Węglan sodu  - (nazwy zwyczajowe: soda, soda kalcynowana Na₂CO₃) nieorganiczny związek chemiczny, sól kwasu węglowego i sodu. W temperaturze pokojowej jest to biała, higroskopijna substancja, która topi się w temperaturze 852°C i dobrze rozpuszcza się w wodzie. Z roztworu krystalizuje w postaci dużych bezbarwnych kryształów, wietrzejących na powietrzu. W przyrodzie związek ten występuje w stanie naturalnym tzw. jeziorach sodowych, które położone są rejonach pustynnych np. Jezioro Magami w Afryce Wschodniej zawiera ok. 200 mln ton sody. Zasoby sody zawarte w jeziorach sodowych mogłyby pokryć światowe zapotrzebowanie na sodę w przeciągu 100 lat. Wydobycie sody naturalnej jest jednak niewielkie ze względu na niekorzystne położenie geograficzne jezior sodowych. W jeziorach sodowych soda występuje w postaci soli podwójnej Na₂CO₃∙NaHCO₃∙H₂O, zwanej „trona” zwykle w mieszaninach z innymi solami. Soda występuje także w popiele roślin morskich. Stanowi też ważny składnik wielu minerałów.

Soda należy do najdawniejszych produktów wielkiego przemysłu nieorganicznego. W ciągu niemal stu lat produkowano ją metodą Leblanca, wynalezioną i zrealizowaną we Francji w 1791 r. i następnie rozwiniętą głównie w Anglii. Soda Leblanca zastąpiła alkalia uzyskiwane z popiołu drzewnego i popiołu roślin nadmorskich. Obecnie sodę wytwarza się praktycznie wyłącznie metodą amoniakalną Solvaya.

Soda amoniakalna jest soda bezwodną Na­₂CO₃, otrzymywana przez termiczny rozkład wodorowęglanu sodowego, stad inna nazwa- soda kalcynowana, potocznie bielidło. Sodą ciężką nazywany jest specjalny gatunek sody bezwodnej o dużym ciężarze nasypowym. Sól dziesięciowodna Na₂CO₃∙10H₂O nosi nazwę sody krystalicznej.

Węglan Sodu stosuje się do wyrobu szkła oraz papieru. Wykorzystuje się go również w produkcji mydła i środków piorących. Stosowany do zmiękczania wody. Ponadto wykorzystywany w garbarstwie, papiernictwie, syntezach chemicznych oraz w laboratoriach jako odczynnik chemiczny.

Karbonizacja - Wysycanie solanki amoniakalnej za pomocą CO₂

Karbonizacja solanki amoniakalnej jest podstawową operacja technologiczną w produkcji sody. W wyniku karbonizacji zachodzi przemiana chlorku sodu w wodorowęglan sodu stanowiący półprodukt, z którego bezpośrednio otrzymuje się sodę.

Proces karbonizacji można przedstawić równaniem :

Jest to równanie sumaryczne. W rzeczywistości w rzeczywistości w trakcie karbonizacji przebiega jednocześnie kilka reakcji.

Proces karbonizacji przeprowadza się w kolumnach karbonizacyjnych, które mają budowę półkową. Do górnej części kolumny wprowadzana jest solanka amoniakalna zawierająca pewna ilość CO₂ w stanie związanym jest nasycona CO₂ , która przeciwprądowo spotka się z gazem bogatym w CO_{2 .}

Amoniak z solanki reaguje z dwutlenkiem węgla według równania:

Reakcja ta zaczyna zachodzi już w kolumnie absorpcyjnej. Następne porcje CO₂ powodują tworzenie się węglanu amonu:

W miarę wzrostu nasycenia solanki dwutlenkiem węgla zaczyna przebiegać reakcja z NaCl:

Otrzymany wodorowęglan sodu jest trudno rozpuszczalny w wodzie i gdy tylko roztwór stanie się względem niego nasycony, wytraca się w postaci osadu. Wytworzony równolegle chlorek amonu jest lepiej rozpuszczalny i przy odpowiednich warunkach prowadzenia procesu pozostaje w roztworze

2. WPŁYW PARAMETRÓW NA PRZEBIEG KARBONIZACJI

Reakcja Karbonizacji:

Jest reakcją podwójnej wymiany przebiegającej w roztworach. Cztery sole tworzą dwie pary tzw. Soli zwrotnych tzn. nie mających w obrębie każdej z par wspólnego jonu. Wodorowęglan sodu jest najmniej rozpuszczalną z czterech soli, niemniej jego rozpuszczalność jest na tyle duża, że przemiana chlorku sodu w wodorowęglan sodu jest daleka od całkowitej. Należy wiec tak dobrać parametry prowadzenia procesu karbonizacji, aby uzyskać możliwie jak największą ilość osadu wodorowęglanu sodu.

2.1 DOBÓR POSZCZEGÓLNYCH PARAMETRÓW NA PRZEBIEG KARBONIZACJI

2.1.1 Temperatura

Wydajność Tworzenia się osadu NaHCO₃ zmniejsza się ze wzrostem temperatury, gdyż zwiększa się jego rozpuszczalność w wodzie. Jednak prowadzenie procesu w zbyt niskiej temperaturze nie jest korzystne, ponieważ powstaje drobnokrystaliczny osad , który trudno sączyć. Trzeba więc tak prowadzić proces, aby w pierwszym stadium (górna część kolumny) zahamować szybkość wytracania siwe osadu przez utrzymywanie wyższej temperatury. Tworzą się wtedy grubokrystaliczne zarodki NaHCO_3.

Warunki sprzyjające dobrej wydajności procesu stwarza się dopiero w dolnej części kolumny. Potrzebne obniżenie temperatury uzyskuje się przez przeponowe chodzenie wodą, która odbiera ciepło egzotermicznych reakcji karbonizacji.

Optymalnymi warunkami do tworzenia się grubokrystalicznego osad jest temperatura 60^oC utrzymywana w środkowej części kolumny, a zawiesiny odbieranej z dołu 25 - 28^oC

Przekroczenie temperatury 60^oC w górnej części kolumny powoduje rozkład wodorowęglany amonu i utlenianie się amoniaku.

2.1.2. Stężenie

Zasadniczym warunkiem dobrej pracy kolumny karbonizacyjnej jest utrzymywanie odpowiedniego stężenia chlorku sodu i amoniaku w roztworze solanki amoniakalnej. Wodorowęglan tworzy Sue w tym większą wydajnością, im większe są te stężenia.

Podczas karbonizacji traci się znaczną część amoniaku wskutek unoszenia się go z kolumny przez uchodzące gazy (wydmuch amoniaku), dlatego konieczne jest, aby solanka kierowana do karbonizacji zawierała pewien nadmiar amoniaku ( na 1 cząsteczkę NaCl powinno przypadać 1,1 - 1,2 cząsteczki NH₃ ). Zbyt duże stężenie amoniaku w solance jest niekorzystne, gdyż zmniejsza rozpuszczalność chlorku sod. Na przebieg procesu karbonizacji wpływa również stężenie dwutlenku węgla w gazie wprowadzanym do kolumny. Im większe jego stężenie, tym większa jest rozpuszczalność dwutlenku węgla w solance i większa wydajność reakcji karbonizacji.

2.1.3 Ciśnienie

W temperaturze prowadzenia procesu karbonizacji zachodzi dysocjacja termiczna NH₄HCO₃, w wyniku której powstają produkty gazowe: CO₂, H₂O i NH₃. Z tego względu proces karbonizacji prowadzi się pod ciśnieniem 0,2MPa, co pozwala zapobiec procesowi dysocjacji. Dzięki temu unika się usunięcia NH₄HCO₃ ze środowiska reakcji i poprawia wydajność powstawania NaHCO_3.

Ponadto prowadzenie karbonizacji pod ciśnieniem przesuwa równowagę reakcji w kierunku powstawania NaHCO_3. Zastosowanie ciśnienia większego niż 0,2MPa jest nieekonomiczne ze względu na koszty tłoczenia gazów.

3. CHARAKTERYSTYKA PRODUKTÓW

3.1 WODOROWĘGLAN SODU

3.1.1 Właściwości fizykochemiczne.

Masa cząsteczkowa: 84,01 g/mol

Postać fizyczna, barwa, zapach: Wodorowęglan sodu w warunkach normalnych jest ciałem stałym, tworzącym bezbarwne, przezroczyste kryształy lub występującym w postaci białego, krystalicznego proszku, bez zapachu, o smaku lekko alkalicznym.

Gęstość: w 20^oC wynosi 2,16 g/cm^3

Gęstość usypowa: ok. 1000 kg/m^3

Temperatura topnienia: 270^oC

Temperatura wrzenia: 270^oC - rozkład

Rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach: Dość słabo rozpuszcza się w wodzie (1 cz. wodorowęglanu sodu w 12 cz. wody - w 20^oC 100 g/l). Wodne roztwory mają odczyn zasadowy. pH 1% roztworu < 8,9. Wodorowęglan sodu bardzo słabo rozpuszcza się w etanolu.

Wartość pH: (50 g/l H2O/25^oC): 8,2

3.1.3 Otrzymywanie

Wodorowęglan sodu otrzymywany jest przez działanie ditlenku węgla na nasycony roztwór węglanu sodu lub jako produkt pośredni przy produkcji sody metodą Solvay`a. Otrzymany na drodze przemysłowej preparat powinien zawierać 98% NaHCO₃. Podczas ogrzewania (powyżej 50^oC) rozpada się na Na₂O₃, CO₂ i H₂O.

3.1.4 Zastosowanie

Wodorowęglan sodu stosowany jest w przemyśle ceramicznym, włókienniczym, do napełniania gaśnic, w galwanotechnice, w przemyśle spożywczym jako składnik proszków do pieczenia, lemoniad w proszku i do konserwowania żywności

3.1.5 Transport i magazynowanie

Wodorowęglan sodu nie podlega klasyfikacjom w ramach przepisów ADR, RID, IMDG-Kod oraz IATA, a tym samym ograniczeniom dotyczącym tych przepisów.

Wodorowęglan sodu przechowywany jest w suchych, czystych, wentylowanych pomieszczeniach zamkniętych, w temperaturze 5-20^oC i wilgotności 50-60%, w beczkach drewnianych, wielowarstwowych workach papierowych wyłożonych papierem parafinowym lub impregnowanych workach jutowych, piętrzonych w stosy na płaskich podkładach drewnianych do wysokości 6 warstw. Wodorowęglan sodu może też być przechowywany w beczkach lub bębnach drewnianych. Należy go chronić przed wilgocią i obcymi zapachami. Pod wpływem wilgoci się zbryla. Okres przechowywania wynosi 3 miesiące.

3.2 CHLOREK AMONU

3.1.1 Właściwości fizykochemiczne.

Masa cząsteczkowa: 53,49 g/mol

Postać fizyczna, barwa, zapach: Chlorek amonu w warunkach normalnych jest ciałem stałym, tworzącym bezbarwne, przezroczyste kryształy lub występującym w postaci białego proszku, bezwonny.

Gęstość: w 20^oC wynosi 1,54 g/cm^3

Gęstość usypowa: ok. 500 kg/m^3

Temperatura topnienia: 338^oC sublimuje w temperaturze 350^oC

Temperatura wrzenia: 520^oC

Rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach: dobrze rozpuszcza się w wodzie ( w temperaturze pokojowej 37g na 100g wody).

Wartość pH: (50 g/l H2O/25^oC): 4,5 - 6,0

3.1.3 Otrzymywanie

Chlorek amonu można otrzymać w wyniku bezpośredniej reakcji kwasu solnego z amoniakiem:

HCl + NH₃ NH₄Cl

Reakcja ta również zachodzi miedzy wolnym chlorowodorem i amoniakiem, jednak wymaga obecności choćby śladowych ilości wody. Inną metoda otrzymywania tego związku jest reakcja podwójnej wymiany siarczanu amonu z chlorkiem sodu:

(NH4)₂SO₄ + 2NaCl 2NH₄Cl + Na₂SO₄

3.1.4 Zastosowanie

Chlorek amonu stosowany jest w przemyśle farmaceutycznym jak środek o działaniu wykrztuśnym i zakwaszającym. Używany jako elektrolit w suchych ogniwach Lclanchego. Stosowany również jako dodatek do pasz dla bydła, składnik szamponów

3.1.5 Transport i magazynowanie

Transport: Nie jest to produkt niebezpieczny w rozumieniu przepisów ADR

Magazynowanie: przechowywać w opakowaniach szczelnie zamkniętych w temperaturze 15- 25 ^oC, w dobrze wentylowanym, suchym miejscu. Chronić od światła.

4. CHARAKTERYSTYKA SUROWCÓW

4.1 CHLOREK SODU

4.1.1 Właściwości fizykochemiczne.

Masa cząsteczkowa: 58,44 g/mol

Postać fizyczna, barwa, zapach: Chlorek sodu w warunkach normalnych jest ciałem stałym, tworzącym bezbarwne, przezroczyste kryształy lub występującym w postaci białego, krystalicznego proszku, bezwonny, sony w smaku.

Gęstość: w 20^oC wynosi 2,17 g/cm^3

Temperatura topnienia: 800^oC

Temperatura wrzenia: 1461^oC

Rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach: Bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie ( w temperaturze 0^oC 35,6 g na 100g wody, w temperaturze 100^oC 39,1 g na 100g wody). Dobrze rozpuszczalny również w glikolu etylowym, glicerolu, kwasie mrówkowym. Słabo rozpuszczalny w metanolu, etanolu oraz ciekłym amoniaku.

Wartość pH: (50 g/l H2O/25^oC): 4,0 - 7,5

4.1.3 Otrzymywanie

Czysty chlorek sodu otrzymuje się po przez przepuszczenie gazowego chloru przez nasycony roztwór tej soli. Chlorek sodu pozyskuje się ze złóż sposobem górniczym, a ponad to otrzymuje się go z wody, morskiej na drodze odparowanie lub wymrażania.

4.1.4 Zastosowanie

Chlorek sodu stosowany jest jako środek spożywczy, nadający jedzeniu słony smak. Używany również w przemyśle szklarskim i garbarstwie oraz do konserwacji żywności. Stanowi surowiec do produkcji kwasu solnego, sodu, chloru, wodorotlenku sodu, węglanu sodu. Wykorzystywany do roztapiania śniegu i lodu z ulicy, chodników.

Używany w spektroskopii oraz w chłodnictwie ( z lodem tworzy mieszaninę oziębiającą).

4.1.5 Transport i magazynowanie

Transport: Nie jest to produkt niebezpieczny w rozumieniu przepisów ADR

Magazynowanie: przechowywać w szczelnie zamkniętym pojemniku, w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, w temperaturze 15- 25^oC.

.

4.2 AMONIAK

3.1.1 Właściwości fizykochemiczne.

Masa cząsteczkowa: 17,031 g/mol

Postać fizyczna, barwa, zapach: amoniak w warunkach normalnych jest bezbarwnym gazem o silnym, przenikliwym i duszącym zapachu.

Gęstość: w 20^oC wynosi 0,63 g/cm^3

Temperatura topnienia: -78^oC

Temperatura wrzenia: -33^oC

Rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach: bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie tworząc wodę amoniakalna ( w temperaturze 0^oC 0,899 g/cm^3) w warunkach normalnych 1 objętość wody może rozpuścić 1176 objętości amoniaku, jednak w temperaturze 20^oC tylko 702 objętości

Wartość pH: (50 g/l H2O/25^oC):

3.1.3 Otrzymywanie

W naturze amoniak powstaje jako produkt gnicia substancji białkowych. Do celów laboratoryjnych można go otrzymać w wyniku działania mocnych zasad na sole amonowe w podwyższonej temperaturze:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O

Inna rzadsza metoda jest hydroliza azotków:

Mg₃N₂ + 6H₂O 3Mg(OH)₂ + 2NH₃

W przemyśle amoniak otrzymuje się bezpośredni z pierwiastków metodą Habera i Boscha.

3.1.4 Zastosowanie

Amoniak stosowany jest głownie do produkcji nawozów sztucznych oraz do otrzymywania metoda Ostwalda tlenku azotu(II), który jest półproduktem do otrzymywania kwasu azotowego(V). Ponadto amoniak używany jest do produkcji węglanu sodu ( sody amoniakalnej) metodą Solvaya, materiałów wybuchowych, cyjanowodoru, tkanin syntetycznych.

Ze względu na swoje właściwości termodynamiczne amoniak jest stosowany jako czynnik chłodzący (R717). Woda amoniakalna stosowana jest jako składnik soli trzeźwiących w celu przywrócenia świadomości osób, u których wystąpiło modlenie.

3.1.5 Transport i magazynowanie

Transport: amoniak podlega klasyfikacjom w ramach przepisów ADR, RID, IMDG oraz ICAO/IATA, a tym samym ograniczeniom dotyczącym tych przepisów.

Magazynowanie: przechowywać w szczelnie zamkniętym i dobrze wentylowanym miejscu, z dala od źródeł ognia i ciepła. Przechowywać z dala od utleniaczy. Do przechowywania używać odpowiednich pojemników zapobiegających skażeniu środowiska.

4.3 DWUTLENEK WĘGLA

3.1.1 Właściwości fizykochemiczne.

Masa cząsteczkowa: 44,0095 g/mol

Postać fizyczna, barwa, zapach: dwutlenek węgla w warunkach normalnych jest bezbarwnym, bezwonnym gazem.

Gęstość: w 20^oC wynosi 1,297 g/cm^3

Temperatura topnienia: -56,6^oC

Temperatura wrzenia: -78,5^oC

Rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach: Dobrze rozpuszcza się w wodzie.

Wartość pH: (50 g/l H2O/25^oC):

3.1.3 Otrzymywanie

Dwutlenek węgla w laboratorium otrzymuje się w wyniku prażenia węglanu wapnia CaCO₃:

CaCO₃ CaO + CO₂

Lub działając dowolnym kwasem (np. octowym, solnym)na wek lany np. węglan wapnia, sodu:

Na₂CO₃ + 2HCl 2NaCl + CO₂ + H₂O

W przemyśle dwutlenek węgla otrzymuje się podczas spalania węglowodorów lub jako produkt uboczny fermentacji alkoholowej

3.1.4 Zastosowanie

Dwutlenek węgla stosowany jest głownie jako suchy lód do chłodzenia, czynnik roboczy w gaśnicach śniegowych i instalacjach gaśniczych. Stosowany jako gaz napędowy do broni pneumatycznej . W spawalnictwie wykorzystywany jako otulina gazowa przy spawaniu stali czarnych metoda M.A.G., w przemyśle spożywczym składnik napojów gazowanych.

3.1.5 Transport i magazynowanie

Transport: Dwutlenek węgla podlega klasyfikacjom w ramach przepisów ADR, IMDG oraz IATA, a tym samym ograniczeniom dotyczącym tych przepisów.

Magazynowanie: Przechowywać w pojemnikach w temperaturze 50^oC w dobrze wentylowanym miejscu.

5. PRZEBIEG PROCESU TECHNOLOGICZNEGO

Proces karbonizacji prowadzi się w kolumnach karbonizacyjnych. Solanka amoniakalna używana w tym procesie zawierająca pewną ilość CO₂ w stanie związanym jest nasycana CO_2. Solankę amoniakalną wprowadza się do kolumny karbonizacyjnej  na wysokości czwartej beczki od góry. Gaz piecowy tak zwany słaby wprowadza się na wysokości 2 - 3 beczki nad najwyższa beczka chłodząca, a faz mieszamy do dolnej części kolumny. Kolumny karbonizacyjne zasila się gazem przez dwa wloty. Przewidziane są dwie sprężarki zasysające gaz z różnych źródeł.

Sprężarka 10b tłoczy do kolumny gaz „słaby” zawierający 40% CO₂ pochodzący z pieców wapiennych. Sprężarka 10a spręża gaz stężony zawierający 95% CO₂ odbierany z pieców kalcynacyjnych.

Do dolnych części kolumny kieruje się tzw. Gaz mieszany zawierający 70% CO₂ stanowiący mieszaninę gazu z kalcynacji i pieców wapiennych.

Z kolumny odbiera się: gaz pokarbonizacyjny zawierający nieprzereagowany CO₂ (5%) i pewna ilośc porwanego amoniaku (gaz ten kieruje się do oddziału absorpcji) oraz ciecz niosąca wytrącony osad NaHCO₃

Kryształy NaHCO₃ powstające w kolumnie SA niesione przez opuszczający ja roztwór i odsączane na filtrze próżniowym. Część kryształów osadza się na wewnętrznych elementach kolumny (przelewy, Pólki pas setowe) i powoduje jej stopniowe „zrastanie” osadem dlatego też po kilkudziesięciu godzinach prac kolumnę trzeba poddać płukaniu.

W instalacji pracuje zwykle 5 - 7 kolumn kolejno odstawianych do płukania. Prze płukana kolumna przepuszcza się cała solankę amoniakalna przeznaczona dla danego zespołu kolumn. Przepływa ona prze nią, a następnie rozdziela się równolegle na następne kolumny.

Rozpuszczanie osadu NaHCO₃ w czasie płukania następuje w wyniku reakcji:

Powstające węglany sodu i amonu są dobrze rozpuszczalne w wodzie (solance). W cel lepszego przebiegu procesu usuwanie osadu NaHCO₃ zamyka się dopływ wody do chłodnic, a przez kolumna przepuszcza się mała ilość gazu z pieców wapiennych. Mieszanie cieczy przez pęcherzyki gazów znacznie ułatwia płukanie. Solanka nasyca się przy tym wstępnie niedużą ilością CO₂ . Ze względu na wstępną karbonizację płukana kolumna jest nazywana „karbonatem”.

Zawiesina kryształów NaHCO₃ jest kierowana z kolumn karbonizacyjnych do obrotowych filtrów próżniowych. Filtracja przebiega tym lepiej, im grubsze są kryształy. Osad na filtrze płucze się woda o temperaturze 40^oC. Umożliwia to dobre wypłukanie zanieczyszczeń (głównie NaCl).

W wyniku filtracji otrzymuje się:

- osad zawierający 75 - 80 % NaHCO₃ , mniej niż 15% H₂O oraz małe ilości NaCl i soli amonowych

- przesącz zawierający sole amonowe oraz pewna ilość rozpuszczonych gazów (NH₃, CO₂)

Przesącz z filtru próżniowego kieruje się do zbiornika 6d, a następnie do kolumny 4, w której regeneruje się amoniak z soli amonowych zawartych w przesączu.

4.1 SCHEMAT IDEOWY

4.2 BILANS MASOWY

MIESZALNIK - przygotowanie solanki

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

1

Woda H2O

300,00

1

Solanka H2O NaCl

300,00 637,00

2

Sól NaCl

637,00

Suma

937,00

Suma

937,00

KOLUMNA ABSORPCYJNA - nasycanie solanki amoniakiem

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

1

Solanka H2O NaCl

300,00 637,00

1

Solanka amoniakalna NaHCO3 NH4Cl H2O

914,67 582,55 104,00

2

Amoniak NH3

185,11

3

Dwutlenek węgla CO2

479,11

Suma

1601,22

Suma

1601,22

PIEC - wypalanie kamienia wapiennego

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

1

Węglan wapnia CaCO3

1088,89

1

Wapno palone CaO

609,78

2

Dwutlenek węgla CO2

479,11

Suma

Suma

1088,89

FILTR - oddzielanie wodorowęglanu od ługu macierzystego

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

1

Solanka amoniakalna NaHCO3 NH4Cl H2O

914,67 582,55 104,00

1

Wodorowęglna sodu NaHCO3

914,67

2

Chlorek amonu NH4Cl

582,55

3

Woda H2O

104,00

Suma

1601,22

Suma

1601,22

PIEC - kalcynacja wodorowęglanu sodu

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

1

Wodorowęglna sodu NaHCO3

914,67

1

Węglan sodu Na2CO3

577,11

2

Dwutlenek węgla CO2

239,56

3

Woda H2O

98,00

Suma

914,67

Suma

914,67

PIEC - odzysk amoniaku

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kg/h]

1

Chlorek amonu NH4Cl

582,55

1

Chlorek wapnia CaCl2

604,33

2

Woda H2O

98,00

2

Wapno palone CaO

609,78

3

Amoniak NH3

185,11

4

Wapno palone CaO

304,90

Suma

1192,33

Suma

1192,33

4.3 WYKRES STRUMIENIOWY SANKEY'A DLA BILANSU MASOWEGO

4.4 BILANS CIEPLNY

MIESZALNIK - przygotowanie solanki

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

1

Woda H2O

1,103∙10^6

1

Solanka H2O NaCl

1,103∙10^6 4,475∙10^6

2

Sól NaCl

4,475∙10^6

Suma

5,578∙10^6

Suma

5,578∙10^6

KOLUMNA ABSORPCYJNA - nasycanie solanki amoniakiem

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

1

Solanka H2O NaCl

1,103∙10^6 4,475∙10^6

1

Solanka amoniakalna NaHCO3 NH4Cl H2O

1,032∙10^7 3,435∙10^6 3,825∙10^5

2

Amoniak NH3

3,602∙10^5

3

Dwutlenek węgla CO2

3,323∙10^5

2

Reakcja endo energetyczna

3,027∙10^6

4

Grzanie

1,089∙10^7

Suma

1,716∙10^7

Suma

1,716∙10^7

PIEC - wypalanie kamienia wapiennego

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

1

Węglan wapnia CaCO3

1,314∙10^7

1

Wapno palone CaO

2,956∙10^7

2

Dwutlenek węgla CO2

1,411∙10^6

2

Grzanie

3,097∙10^7

3

Reakcja endo energetyczna

1,314∙10^7

Suma

4,411∙10^7

Suma

4,411∙10^7

FILTR - oddzielanie wodorowęglanu od ługu macierzystego

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

1

Solanka amoniakalna NaHCO3 NH4Cl H2O

1,032∙10^7 3,435∙10^6 3,825∙10^5

1

Wodorowęglna sodu NaHCO3

1,032∙10^7

2

Chlorek amonu NH4Cl

3,435∙10^6

3

Woda H2O

3,825∙10^5

Suma

1,414∙10^7

Suma

1,414∙10^7

PIEC - kalcynacja wodorowęglanu sodu

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

1

Wodorowęglna sodu NaHCO3

1,032∙10^7

1

Węglan sodu Na2CO3

6,874∙10^6

2

Dwutlenek węgla CO2

4,145∙10^5

3

Woda H2O

3,793∙10^5

2

Grzanie

9,900∙10^5

4

Reakcja endo energetyczna

3,642∙10^6

Suma

1,131∙10^7

Suma

1,131∙10^7

PIEC - odzysk amoniaku

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

Lp.

Nazwa strumienia

Natężenie przepływu [kJ/h]

1

Chlorek amonu NH4Cl

3,435∙10^6

1

Chlorek wapnia CaCl2

4,691∙10^6

2

Woda H2O

3,793∙10^5

2

Wapno palone CaO

2,956∙10^7

3

Amoniak NH3

3,602∙10^5

4

Wapno palone CaO

1,478∙10^7

3

Grzanie

6,595∙10^6

5

Reakcja endo energetyczna

1,938∙10^7

Suma

3,959∙10^7

Suma

3,959∙10^7

4.5 WYKRES STRUMIENIOWY SANKEY'A DLA BILANSU CIEPLNEGO

5. APARATURA

5.1 SCHEMAT TECHNOLOGICZNY KALCYNACJI SODY

Schemat wytworni Sody amoniakalnej:

1. Piec wapienny, 1a - dmuchawa powietrza, 2- lasownik, 3- skruber do oczyszczania gazu z pieca wapiennego, 3a - filtr trocinowy, 4- kolumna regeneracyjna, 4a- mieszalnik, 4b- wymiennik, 5- reaktor, 6- odstojnik, 6a, 6b, 6c, 6d- zbiorniki, 7- płuczki gazów, 8- kolumna absorpcyjna, 8a, 8b- chłodnice ociekowe, 9- kolumny karbonizacyjne, 10- sprężarki, 11- filtr próżniowy, 12- piec kalcynacyjny

k

kkkkk

Karbonizacja i kalcynacja:

9a, 9b, 9c - kolumny karbonizacyjne, 10a, 10b - sprężarki, 11- filtr próżniowy,

12- piec kalcynacyjny

5.2 CHARAKTERYSTYKA ZASTOSOWANEJ APARATURY

Kolumny Karbonizacyjne - kolumny karbonizacyjne są pionowymi aparatami cylindrycznymi o wysokości 25m zbudowane z kilkudziesięciu żeliwnych kręgów, średnicy 1,8 -2,8m tzw. Beczek połączonych kołnierzowo. Beczki rozdzielone są specjalnymi przegrodami - passetami, które służą do uzyskania możliwie dużej powierzchni zetknięcia cieczy z gazem. Każda beczka zawiera po jednej przegrodzie. Przegroda ma jeden Duży otwór w środku, nakryty płaskim dzwonem. Przegroda i pokrywa mają kilkaset otworów, przez które przerywają się gazy. Dolna cześć kolumny składa się z 6 - 8 beczek chłodzących. Między tymi beczkami również znajdują się passety. W bocznych ścianach beczek chłodzących osadzone są rury, przez które płynie woda chłodnicza.

Kolumna karbonizacyjna jest aparatem bełkotkowym, jest bowiem do pewnej wysokości całkowicie wypełniona przepływająca przez nią cieczą, a nie tylko zraszana.

Obrotowy filtr próżniowy - Filtr ten pracuje w sposób ciągły. Jest to bęben obrotowy, którego wnętrze jest promieniście podzielone na komory.

Ścianka zewnętrzna bębna jest wykonana z blachy dziurkowanej i obciągnięta tkanina filtracyjna. Bęben obraca się w korycie, w którym znajduje się zawiesina odprowadzana rurociągiem ( tak aby utrzymać stały poziom ) i mieszania mieszadłem. Poszczególne części obracającego się bębna kolejno zanurzają i wynurzają się z niej.

6. KONTROLA PROCESU

7. CZYNNIKI POMOCNICZE

8. ODPADY PRODUKCYJNE

Odpady produkcyjne stanowią:

- odgazy z procesu kalcynacji, składające się z pary wodnej oraz dwutlenku węgla. Jako nieszkodliwe, będą uwalniane bezpośrednio do środowiska

- woda pochłodnicza z procesu chłodzenia, która usuwana będzie kanalizacji

9. ZDOLNOŚĆ PRODUKCYJNA I ZATRUDNIENIE

Proces kalcynacji sody prowadzony jest w sposób ciągły. Zakład prowadzi proces przez 300 dni w roku. Pozostały czas przewidziany jest na remonty i modernizacje instalacji. Zakładana zdolność przerobowa instalacji wynosi 40 ton/dobę surówki.

ZATRUDNIENIE

Zakład pracuje systemem trójzmianowym, cztery brygady. W zakładzie zamierzam zatrudnić:

• osoby związane bezpośrednio z produkcją

kierownik zmiany - 1

mistrz zmiany, technolog o specjalizacji inżynieria chemiczna - 5

aparatowy - 13

mechanik-elektryk - 5

sterowniczy - 5

• osoby nie związane bezpośrednio z produkcją

sprzątaczka - 1

pracownicy fizyczni - 2

10. OCHRONA I BEZPIECZEŃSTWO PRACY

Na terenie zakładu pracownicy zobowiązani są :

1. Uwagi ogólne

Pracownik zobowiązany jest

1. Powiadamiać niezwłocznie swojego bezpośredniego przełożonego o:

- każdym uszkodzeniu lub wadliwym funkcjonowaniu aparatury, urządzeń lub sprzętu, jak również o występowaniu bądź podejrzeniu niewłaściwej jakości surowców lub wytwarzanych produktów,

- zaistniałym wypadku lub zauważonym niebezpieczeństwie zagrażającym życiu lub zdrowiu,

2. Zachowywać stale czystość, porządek i ład na stanowisku pracy, a po zakończeniu pracy danego dnia dokładnie umyć, uporządkować używany sprzęt, pomieszczenia, narzędzia i naczynia oraz usunąć wszelkie odpadki .

3. Dbać o należyty stan maszyn i urządzeń .

4. Wykonywać pracę zgodnie z wymaganiami sanitarno-higienicznymi .

B. Bezpieczeństwo pracy

Zabrania się :

1. Spożywania na terenie zakładu napojów alkoholowych oraz przebywania na terenie zakładu w stanie nietrzeźwości.

2. Pozostawiania stanowiska pracy bez nadzoru i powiadomieniu o tym przełożonego .

3. Samowolnego naprawiania urządzeń i maszyn osobą nie posiadającym do tego kwalifikacji .

4. Przebywania na miejscu awarii bez nadzoru innego pracownika .

5. Prowadzenia prac konserwacyjnych wewnątrz zbiorników bez nadzoru innego pracownika .

6. Naprawiania urządzeń elektrycznych będących pod napięciem .

7. Używania uszkodzonych drabin .

8. Pozostawiania narzędzi oraz innych przedmiotów w miejscu do tego nie przeznaczonym .

9. Spożywania wszelakich produktów i substratów stosowanych w procesie technologicznym .

10. Przenoszenia przedmiotów przez jednego pracownika o masie przekraczającej ustaloną normę, tj.:

- kobiety do 12 kg przy pracy stałej oraz do 20 kg przy pracy dorywczej,

- mężczyźni do 30 kg przy pracy stałej oraz do 50 kg przy pracy dorywczej,

11. Pracowania pod wpływem działania alkoholu lub środków odurzających,

12. Palenia tytoniu i posługiwania się otwartym ogniem w miejscach zakazanych.

Należy pamiętać, iż: niebezpieczne włazy i zejścia, schody niezabezpieczone poręczą, uszkodzone podesty i podłogi, rażące wzrok światło, może w każdej chwili być przyczyną wypadku.

C. Higiena pracy

Pracownicy zobowiązani są do :

1.Przed rozpoczęciem pracy należy założyć , nieuszkodzoną odzież roboczą, oraz odpowiednie nakrycie głowy i obuwie robocze, a także stosować odpowiednie środki ochrony indywidualnej .

2.Używać opatrunków jałowych wodoszczelnych w razie skaleczenia lub otarcia skóry.

3. Posiadać niezbędne rękawiczki jednorazowego użycia, maseczki ochronne oraz na stanowiskach wymagających tego .

4. Urządzenia higieniczno-sanitarne, jak umywalnie, szatnie, ubikacje powinny być utrzymane stale w bezwzględnej czystości i porządku .

5. W celu utrzymania czystości osobistej pracownicy otrzymują środki do mycia i ręczniki, które winny znajdować się w umywalni .

6. Zużyte opakowania należy natychmiast usuwać do pomieszczenia przeznaczonego do tego celu .

7. W każdej placówce powinna znajdować się apteczka z pełnym wyposażeniem w leki pierwszej pomocy.

D. W pomieszczeniach zakładu nie należy:

1.Przetrzymywać zwierząt .

2.Wykonywać czynności innych niż przewidziane w danym pomieszczeniu .

3.Przechowywać rzeczy osobistych i spożywać posiłków, chyba że są to pomieszczenia przeznaczone do tego celu.

E. Podstawowe czynności do wykonania po zakończeniu pracy

1.Uporządkować, umyć pomieszczenie, stanowisko pracy, jak również używane urządzenia .

2. Wyłączyć wszystkie urządzenia (jeżeli jest to możliwe ze względów elksploatacyjno-technicznych) .

3.zabezpieczyć pomieszczenie, stanowisko pracy przed dostaniem się osób nieupoważnionych.

F. Uwagi końcowe

1. Jeżeli w czasie pracy pracownik stwierdził uszkodzenie jakiegoś urządzenia , winno ono być niezwłocznie wyłączone z zasilania energią elektryczną - wznowienie pracy bez usunięcia uszkodzenia jest niedopuszczalne .

2. Urządzenia niesprawne, uszkodzone lub pozostające w naprawie powinny być wycofane z użytkowania oraz wyraźnie oznakowane tablicami informacyjnymi i zabezpieczone w sposób uniemożliwiający ich uruchomienie .

3. O dostrzeżonych wadach lub uszkodzeniach urządzeń pracownik powinien niezwłocznie zawiadomić przełożonego.

4. Wszystkie inne okoliczności, które nie są ujęte w niniejszej instrukcji a mogą zagrozić bezpieczeństwu pracownika bądź osobom postronnym, nie zwalniają pracownika od obowiązku meldowania ich przełożonym.

Literatura

S.Tołłoczko, W.Kemula - Chemia Nieorganiczna

J. Kępiński - Technologia Nieorganiczna

Poradnik fizyko-chemiczny, WNT W-wa 1974

Tablice chemiczne

Kalendarz chemiczny

Słownik chemiczny WPW 1995 redaktor naukowy Jerzy Chodkowski

J. Majewski, A.Psarski - nomogramy do obliczeń inżynieryjno-chemicznych, PWT, Warszawa 1955

Internet:

www.chemistry web book

www.cyf.gov.pl

www.poch.com.pl

20

NaCl

H₂O

MIESZALNIK - przygotowanie solanki

CaCO₃

Solanka

CO₂

NH₃

KOLUMNA ABSORPCYJNA - nasycanie solanki amoniakiem (reakcja w temperaturze 25^oC)

PIEC - wypalanie wapna (reakcja w temperaturze 1000^oC)

Solanka amoniakalna

NaHCO₃

FILTR- oddzielanie wodorowęglanu sodu od ługu

H₂O

NH₄Cl

CaO

PIEC - odzysk amoniaku (reakcja w temperaturze 50^oC)

PIEC - kalcynacja wodorowęglanu sodu (reakcja w temperaturze 60^oC)

CaCl₂

Na₂CO₃

NH₃

CO₂

CO₂

H₂O

---