Công nghệ sản xuất Xô đa
Natri bicacbonat NaHCO3 ; Xô Ða tinh thể (Na2CO3.10H2O và Nìa2CO3.H2O) Natricacbonat rất quan trọng thường dùng trong công nghiệp xà bông giấy xenlulozo, dệt,thủy tinh , luyện kim và nhiều nghành khác.
BÀI 5:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XÔ ÐA
*****
I. ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XÔ ĐA
1. Khái niệm chung
2. Các phương pháp sản xuất Xô Đa
II. SẢN XUẤT NATRI CABONAT THEO PHƯƠNG PHÁP SOLVAY
1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất
2. Điều chế muỗi amôn hóa
3. Cacbon hoá nước muối amôn hóa
4. Tái sinh amôniac
III. VẬN DỤNG DỊCH THẢI CỦA TRÌNH SẢN XUẤT DUNG DỊCH XÔ ĐA
1. Cô đặc dung dịch thải theo hai giai đoạn
2. Sản xuất kết hợp Xô Đa và Amôm clorua
3. Sản xuất Xô Đa đồng thời với (NH4)2SO4
I. Ðại cương về công nghệ sản xuất Xô Ða:
1.Khái niệm chung :
Natri bicacbonat NaHCO3 ; Xô Ða tinh thể (Na2CO3.10H2O và Nìa2CO3.H2O)
Natricacbonat rất quan trọng thường dùng trong công nghiệp xà bông giấy xenlulozo,
dệt,thủy tinh , luyện kim và nhiều nghành khác.
2.Các phương pháp sản xuất Xô Ða:
a)Phương pháp Leslanc:
Nguyên lý :Ðiều chế Na2SO4 muối ăn và axít H2SO4
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl
Sau đó nung trong lò quay cùng với than và Canxicacbonat ở 1000oC
Na2SO4 + 2C +CaCO3 = Na2SO4 + CaS + +2CO2
Phương pháp nay còn nhiều thiếu sót.
b)Phương pháp Solvay hay phương pháp amôniac :
Nguyên liệu đầu là dung dịch NaCl, chuyển hóa bằng amôniac và khí CO2 để tạo thành
sản phẩm trung gian NaHCO3
II.Sản xuất Natri cacbonat theo phương pháp Solvay:
1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản
xuất:
Quá trình điều chế Na2CO3 thực hiện qua 2 giai đoạn :
-Ðiều chế NaHCO3 :
NaCl +NH3 + CO2 + H2O ⇔ NaHCO3 + NH4Cl (1)
-Từ NaHCO3 diều chế NaCO3 :
2NaHCO3 ⇔ Na2CO3 + CO2 + H2O (2)
Phản ứng (1) tạo thành NaHCO3 có hiệu suất cao nhất 30→32% và dưới 84%.
CO2 được điều chế từ phản ứng nung vôi :
CaCO3 = Cao + CO2 (3)
Cao dùng dể điều chế Ca(OH)2 :CaO + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 dùng để tái sinh NH3 từ NH4Cl tạo thành trong phản ứng (1)
2NH4 Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O
Theo lý thuyết thì NH3 không bị tiêu hao ,do vậy trong thực tế nguyên liệu chủ yếu
để điều chế Na2CO3 là NaCl và đá vôi .
-Dung dịch NaCl khoảng 350→310g/l cần phải loại bỏ các ion Ca2+ và Mg2+.
-khí CO2 được sử dụng trong công nghiệp Xô Ða có hàm lượng khoảng 39 →40%
và nhiệt độ khoảng 30oC.
*Giai đoạn 1:
Điều chế NaHCO3 bao gồm ba công đoạn
-Ðiều chế nước muối amôn .
-Ðiều chế NaHCO3
-Lọc NaHCO3
*Giai đoạn 2:
-Công đoạn nung .
-Công đoạn tái sinh amôniac .
2.Ðiều chế muối amôn hóa:
Công đoạn này là cho nước hấp thụ NH3 để tạo thành nước muối amôn hóa .
Khí NH3 và CO2 tan trong nước sẽ xảy ra các phản ứng :
2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 (4)
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5)
và cả phản ứng tạo thành cacbonat :
2NH3 + CO2 = NH2COONH4
Khí chưng có nhiệt độ 67 - 69oCđược đưa vào thiết bị làm lạnh (3) bằng nước.Sau đó
đưa vào thiết bị hấp thụ (2) phần lớn NH3 và 1 phần CO2 trong khí chưng được hấp thụ trong
thiết bị nay .Khí lên tháp chưng (1) để tiếp tục hấp thụ khí NH3 và CO2 , sau đó vào tháp rửa
(5) sau khi ra khỏi tháp (5) đã hấp thụ được khoảng 21,5g/l NH3 & 8,2 g/l CO2 được đưa vào
tháp (1) .Dung dịch nước muối amôn hóa ra qua hệ thống làm lạnh (11) để hạ nhiệt độ xuống
30oC rồi sang công đoạn cacbon hóa .
3.Cacbon hóa nước muối amôn hóa :
Trong công đoạn này, nước muối amôn có tác dụng với CO2 tạo thành huyền phù
Natri cacbonat - Quá trình này được gọi là cacbon hóa .
2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 (4)
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5)
Khi lượng HCO3 đủ lớn ,bắt đầu xảy ra phản ứng trao đổi ion tạo thành NaHCO3 kết
tủa.
NH4HCO3+ NaCl ⇔ NaHCO3 + NH4Cl
Hiệu suất tạo thành NaHCO3 phụ thuộc vào nồng độ trong khí và vào nhiệt độ
NaHCO3 được băng chuyền đưa vào phiễu (1) rồi vào lò nung Xô Ða (2) dài khoảng
25m.Thời gian nung khoảng 3 giờ ,lò đốt bằng mazut hoặc than .Không khí dùng để đốt nhiên
liệu được thổi qua thiết bị trao đổi nhiệt (3) tới 300oC ,rồi vào buồng đốt (4). NaHCO3 bị phân
hủy thành Na2CO3 có hàm lượng khoảng 96 → 98% ,sản phẩm ra lò được (5) đưa vào kho
,sau khi đã làm sạch.
Sau khi phân hủy cacbonat chủ yếu có CO2 ,hơi nước và một ít NH3 và bụi Xô Ða
được đưa qua xyclon (6),khí có nhiệt độ 125oC tập trung vào ống thu khí (7)được làm sạch
bằng khí lò Xô Ða ra .
Sau đó khí vào phía dưới tháp rửa (9) có hàm lượng CO2 khoảng 90% và nhiệt độ là
30oC được đưa vào công đoạn cacbon hóa.
4.Tái sinh amôniac :
Thu hồi NH3 từ dung dịch lọc chứa NH3 dưới dạng NH4Cl , (NH4)2CO3 , NH4HCO3
(NH4)2CO3 → NH3 + CO2 + H2O
2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O
NH3 tạo thành được tách khỏi dung dịch bằng cách chưng cất.
III. Vận dụng dung dịch thải của trình sản xuất dung dịch Xô Ða:
1.Cô đặc dung dịch thải theo 2 giai đoạn :
- Thu hồi NaCl để dùng trong công nghiệp thực phẩm và CaCl2 để sản xuất Bari
clorua.
-
2. Sản xuất kết hợp Xô Ða và amôn clorua:
Tại công đoạn đoạn chọn lọc dung dịch hấp thụ NH3 và CO2 rồi cho kết tinh , ta tách
được NH4Cl dùng NH4Cl trong công nghiệp mạ ,pin ,dệt ... phân bón .
3.Sản xuất Xô Ða đồng thời với
(NH4)2SO4 .
Theo phương pháp này thì thay NaCl của phương pháp Solvay bằng Na2SO4 theo
phương trình phản ứng .
Na2SO4 + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O = 2NaHCO3 + (NH4)2SO4
(NH4)2SO4 dùng làm phân bón phương pháp này không quá quá trình tái sinh .
