Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таьлим вазирлиги ислом каримов номидаги тошкент давлат

КАРБОНИЗАЦИЯ ЖАРАЁНИНИНГ ФИЗИК-КИМЁВИЙ АСОСЛАРИ. КАРБОНИЗАЦИЯ БЎЛИМИНИНГ ТЕХНОЛОГИК СХЕМАСИ. АСОСИЙ МАШИНА ВА ҚУРИЛМАЛАР.


Карбонизация. Карбонизация – қуйидаги реакциялар бўйича аммонийлашган намакобга карбонат ангидрид газини юттириш жараёнидир:
2NH₄OH + CO₂ ⇄ (NH₄)₂CO₃ + H₂O +Q
(NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O ⇄ 2NH₄HCO₃ + Q
NH₂COONH₄ + 2H₂O ⇄ NH₄HCO₃ + NH₄OH + Q
Аммоний гидрокарбонат ишқорий муҳитда NaCl билан алмашиниш реакциясига киришади, бунда аммоний гидрокарбонатга нисбатан кам эрийдиган натрий гидрокарбонат ҳосил бўлади:
2NH₄HCO₃ + NaCl ⇄ NaHCO₃ + NH₄Cl + Q
Карбонизация реакцияси қайтар ва эндотермикдир. Натрий хлориднинг натрий гидрокарбонатга конверсияланишнинг мувозанат даражаси ҳарорат ва таъсирлашувчи моддалар концентрациясига боғлиқдир. Таъсирлашувчи моддалар ҳарорати қанчалик паст бўлса, конверсияланиш шунчалик катта бўлади.
Сода саноатида конверсияланиш даражаси натрий ёки аммонийдан фойдаланиш коэффициенти деб юритилади ва қуйидаги тенгламалар бўйича ҳисобланади:
(1)
(2)
бу ерда: [Cl^-], [Na⁺], [NH₄⁺] [HCO₃^-] – натрий гидрокарбонат чўкмаси устидаги эритма таркибидаги ионлар концентрацияси, г-экв/л.
Натрий ва аммонийдан фойдаланиш коэффициенти эритмадаги қуйидаги бошланғич компонентлар нисбатига боғлиқдир:
, , , .
Натрий хлоридни бикарбонатга, шунингдек уни содага конверсияланиш даражасининг максимал қийматга етказишда юқоридаги нисбатни тўғри танлаш учун NaCl–NH₄HCO₃–NaHCO₃–H₂O системасидаги тузлар эрувчанлигини билиш лозим. Бу мураккаб система П.П.Федотьев, Е.И.Орлов, А.П.Белопольский, И.Н.Шокин ва бошқалар томонидан ўрганилган.
Карбонат ангидрид билан тўйинган эритмада нисбат ўзгармас ҳароратда натрий хлоридни бикарбонатга конверсияланиш даражасига таъсир кўрсатади. Бу нисбат камайганда ажралиб чиқадиган натрий гидрокарбонат миқдори массалар таъсири қонунига кўра ортади. Эритмани сув билан суюлтириш даражасининг ортиши, яъни ва нисбатларининг камайиши натижасида NaHCO₃ нинг чўкиш даражаси камаяди, чунки унинг сувда эрувчанлиги ортади. Эритмадаги нисбат билан NH₄HCO₃ молекуласидаги CO₂:NH₃ стехиометрик нисбат қанчалик яқин бўлса, эритмадан шунчалик кўп миқдордаги NaHCO₃ чўкади. П.П.Федотьев мазкур системани ўрганиш натижасида 15^ОС ҳароратда натрийдан максимал фойдаланиш коэффиценти ( ) 78,8% га, аммонийдан максимал фойдаланиш коэффиценти ( ) эса 85,1%, 30-32^ОС ҳароратда эса ва бир-бирига тенглиги, яъни 84% ни ташкил этишини аниқлади.
Сода заводларида карбонизация ҳаорорати 24-28^ОС бўлганда NaCl нинг NaHCO₃ га конверсияси 75-76% ни ташкил этади. Шундай қилиб, сода ишлаб чиқаришига киритилган бошланғич ош тузининг 25% миқдори кальций хлорид эритмаси билан йўқотилади.
U_Na нинг максимал қийматига эришиш учун намокобга аммиак билан қаттиқ хлорид натрий тузини қўшиш керак. Натрий хлорид карбонизация ва NаНСОз чўкмага тушиши жараёнида эрийди ва ҳосил бўлган эритмада хлор ионларининг концентрацияси оптимал қийматигача ошади. Техник хлорид натрий таркибида кальций ва магний ионлар аралашмаси. борлиги учун бу тузни фақат тозалаб қўшиш мумкин. Тузни тозалаш иктисодий нуқтаи назардан фойдали эмас.
Бошланғич моддалариинг концентрацияси ошиши билан чўктирилган NаНСO₃ нинг миқдори ошиб боради. Шунинг учун сода ишлаб чиқаришда намокоб NaС1 бўйича максимал концентрация билан тайёрланишига ҳаракат қилинади. Бундан ташқари тозалашда ва абсорбция жараёнида NaС1 концентрацияси камайишига йўл қўйилмайди.
Эритмада аммиакнинг концентрациясни чўкмага тушаётган NН₄НСO₃ микдори билан чегараланган. 30°С температурада умумий аммиакнинг умумий хлорга нисбати бирга тенг.
Карбонизация жараёнида 15% аммиакнинг газ билан чиқиб кетиши мунособати билан бу нисбат 1,10-1,15 атрофида ушланади. Мумкин бўлган максимал карбонизация даражасига эришиш карбонизация газидаги СО₂ нинг концентрациясига боғликдир. Карбонизацияга диоксид углерод сода ва оҳак тош учоқларидан келади. Сода учоқлари гази (85-90% СО₂) тўлиқ карбонизацияга берилади. Бу газга керакли микдорда охоқ тош учоқлари гази қўшилади (33-40% СОз).
Карбонизация бўлимида NаНСO₃ нинг йирик кристалларини ҳосил қилиш энг муҳим масаладир. Карбонизация колоннасининг унумдорлиги энг секин ўтадиган жараёнга боғликдир. Энг секин ўтадиган жараён деб NаНСОз нинг кристаллизациясини ҳисоблаш мумкин. NаНСО₃ нинг йирик кристалларини олиш вақтни талаб қилади. Суюқ фазанинг коллоннадан ўтиш вақти колоннанинг эркин ҳажмига боғликдир. Шунинг учун колоннанинг барботаж тарелкаси колпаки, махсус конструкцияга эга. Колпак тегида газ минимал ва суспензия максимал ҳажм эгаллайдилар. NаНСОз нинг кристаллизация жараёни карбонизацион колоннанииг маълум температура режимини талаб қилади.
NаНСO₃ кристалларига қуйидаги юқори талаблар қўйилади: кристаллар етарли даражада йирик бўлишлари керак (100-200 мкм), ўлчами ва шакли бир хил бўлиши зарур. Бу талабларга кейинги қуйидаги аппаратларнинг яхши ишлашига боғлиқ: ваккум-фильтр ва сода учоғи.
Аммонийланган тузли намакобни карбонизациялаш чўктирувчи карбонизация минорасида амалга оширилади (1-расм). Карбонизация минорасининг баландлиги 23,1 дан 26,1 м гача, ички диаметри 2,3 дан 2,68 м гача бўлиб, цилиндр шаклидаги минорадир. Минора совитгичлар жойлаштирилган еттита совитувчи йирик қабариқлар 1 ва 29 та майда қабариқлар 2 дан иборат. Аммонийланган намакоб минора юқори қисмидан, таркибида CO₂ тутган газ эса қуйи қисмидан берилади ва у қуйидан юқорига қараб қарама-қарши оқим бўйича ҳаракатланади. Фазалар тўқнашиш юзасини ошириш мақсадида карбонизация, шунингдек абсорбция минораларига барботаж қалпоқчалар ўрнатилади.

1-расм. Карбонизация минораси

Аммоний гидрокарбонатнинг ҳосил бўлиши миноранинг юқори қисмидаёқ бошланади. Жараён кечишига мувофиқ ҳолда аммоний гидрокарбонат натрий гидрокарбонатга конверсияланади. Натрий гидрокарбонат эритмани тўйинтиради ва кристалланади. Натрий гидрокарбонатнинг ҳосил бўлиш реакцияси ва унинг кристалланишига вақт сарфланади, шунинг учун реагентлар таъсирлашиш вақтини шундай таъминланиши лозимки, бунда улар деярли тўла таъсирлашишлари керак. Бунинг учун карбонизация миноралари одатдаги абсорбция жиҳозларидан фарқли равишда намакоб билан тўла тўдирилган бўлади, намакобнинг реакторда бўлиш вақти 2-2,5 соатни ташкил этади. Тизим қаршилигини енгиш учун минорага газ 2-2,5 атм босим остида берилади.

Натрий гидрокарбонатнинг йирик кристалларини ҳосил қилиш учун минора ҳарорати 25-30^ОСда ушлаб турилади.
Диаметри 2,3-2,68 м бўлган минора унумдорлиги суткасига 85-150 т Na₂CO₃ ни, диаметри 3 м бўлган минора унумдорлиги эса суткасига 250 т Na₂CO₃ ни ташкил этади.