ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ОТДЕЛЕНИЯ ИЗВЕСТКОВЫХ ПЕЧЕЙ
Для получения извести хорошего качества и газа с высоким содержанием СО2 при максимально возможной производительности известковой печи и длительной ее работе без ремонтов необходимо поддерживать нормы технологического режима. Эти нормы зависят от качества карбонатного сырья и топлива, конструкции и размеров печи. Поэтому для каждого завода и даже каждой печи нормы могут быть различными.
Если зона обжига по какой-либо причине переместится кверху, возрастает температура уходящего газа. При понижении зоны обжига должна увеличится температура выгружаемой извести, так как в этом случае уменьшается зона охлаждения извести поступающим воздухом.
Чтобы избежать перемещения зоны обжига, необходимо тщательно следить за равномерностью и непрерывностью отбора извести из печи, а также за равномерностью загрузки шихты в печь. Воздух следует подавать равномерно и непрерывно в количестве, соответствующем интенсивности работы печи и массе загружаемого топлива.
Температура отходящего газа может увеличиться также в результате чрезмерного опускания уровня шихты в печи, что уменьшает зону подогрева. Поэтому уровень шихты в печи поддерживают постоянным путем регулирования загрузки сырья в печь.
Температура верха печи может возрасти также вследствие превышения нормы расхода топлива. При избытке топлива повышается температура не только в верхней части печи, но и в зоне обжига, что может привести к образованию перекала, «козлов» и к повреждению футеровки. При недостатке топлива известь может содержать много недопала.
Иногда наблюдается одновременное повышение температуры извести и газа, что указывает на растянутость зоны обжига за счет сокращения зоны подогрева и зоны охлаждения обжигаемого материала. Это отклонение от нормы может наблюдаться при неоднородном гранулометрическом составе топлива и несоответствии размеров кусков регламентируемым пределам. При неоднородности состава мелкие куски топлива быстро нагреваются до температуры воспламенения и раньше начинают гореть, крупные куски загораются позже и дольше горят. Наличие мелочи в карбонатном сырье также может служить причиной растягивания зоны обжига. Чем больше различия в размерах кусков загружаемого карбонатного сырья, тем труднее их равномерно распределить по сечению печи.
Большая разница в размере кусков шихты, неравномерность распределения этих кусков по сечению печи, наличие мелочи особенно сильно сказываются на равномерности распределения газа в зоне подогрева поступающей шихты. Для обеспечения достаточно равномерного сопротивления по сечению печи нормами технологического режима предусматриваются колебания в размерах кусков карбонатного сырья в пределах 30 - 120 мм. Размер кусков карбонатного сырья зависит от плотности и твердости материала. Более плотный и твердый известняк следует дробить мельче, чем мел.
Аналогичные требования предъявляются к размеру кусков топлива. Время сгорания топлива должно соответствовать времени, необходимому для полного разложения карбонатного сырья. Поэтому размеры кусков топлива должны зависеть не только от типа топлива (кокс или антрацит), но и от карбонатного сырья (мел или известняк). Так, размеры кусков кокса при обжиге мела должны быть в пределах 40 - 80 мм.
Растянутая зона обжига в работе известковой печи может наблюдаться также при образовании «козлов», чему способствует не только высокая температура в зоне обжига и наличие примесей, поступающих с карбонатным сырьем и золой топлива, но и неравномерность и перебои в выгрузке извести из печи. При появлении «козлов» равномерность распределения воздуха по сечению печи резко ухудшается. «Козлы», двигающиеся вместе с шихтой, разбивают ломами при выходе с улиты.
Качество извести зависит от качества карбонатного сырья. Наличие примесей способствует образованию неактивного СаО, мелочь в шихте ведет к образованию перекала, неоднородность размера кусков служит причиной образования перекала и недопала. Большое значение имеет правильная дозировка топлива.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА
1.Физико-химические основы процесса гашения извести
При гашении содержащегося в извести оксида кальция водой, взятой в стехиометрическом соотношении, образуется твердый рассыпчатый порошок, называемый пушонкой.
СаО(ТВ)+ Н2О(Ж)→Са(ОН)2 (ТВ)+ 65,5 кДж (1)
В воде Са(ОН)2 растворяется плохо, причем с повышением температуры его растворимость уменьшается. Так, при 0 ˚С в 100 г воды растворяется 0,185, а при 100 ˚С всего лишь 0,077 г. При растворении Са(ОН)2 в воде выделяется тепло, количество которого зависит от концентрации полученного раствора.
Вследствие малой растворимости Са(ОН)2 для разложения хлорида аммония в отделении дистилляции применяют суспензию гидроксида кальция в воде, называемую известковым молоком, причем в реакцию с хлоридом аммония вначале вступает Са(ОН)2, находящийся в растворе
Са(ОН)2 (Р) + 2NH4Cl(Р)→CaCl2 (P) + 2NH3 (P) + 2H2O(Ж) + 13,1 кДж (2)
По мере расходования Са(ОН)2 происходит его дальнейший переход в раствор из твердой фазы. В результате скорость разложения хлорида аммония будет зависеть от скорости растворения Са(ОН)2, а следовательно, и от гидродинамических условий процесса (интенсивности перемешивания, величины поверхности контакта фаз, которая, в свою очередь, зависит от степени дисперсности гидроксида кальция - мелкие частицы растворяются быстрее).
Высокодисперсная суспензия труднее расслаивается, т. е. дольше сохраняет свою однородность, что важно при ее транспортировании через трубопроводы.
Степень дисперсности суспензии Са(ОН)2 в значительной мере зависит от факторов, определяющих скорость гашения СаО. При повышении температуры воды, подаваемой на гашение, возрастает не только его скорость, но и степень дисперсности получаемой суспензии. На содовых заводах начальная температура подаваемой воды составляет 60-80 ˚С.
Количество подаваемой на гашение воды также влияет на скорость гашения, при большем количестве воды известь гасится быстрее.
На содовых заводах с целью снижения нагрузки отделения дистилляции известковое молоко готовят возможно более концентрированным. Однако предельно-возможная концентрация суспензии ограничена ее вязкостью, которая уменьшается с повышением температуры.
Качество известкового молока заметно зависит от качества извести. Примеси (особенно Al2O3) повышают вязкость молока. Большое значение имеет температура обжига карбонатного сырья: чем она выше, тем медленнее гасится полученная известь и тем менее дисперсным получается известковое молоко. Если температура обжига мела превышает 1350 ˚С, получаемая известь практически не гасится водой.
Из примесей, встречающихся в извести, на продолжительность гашения больше всего влияет сульфат кальция, с увеличением содержания которого скорость гашения уменьшается.
2.Технологическая схема получения известкового молока
Технологическая схема получения известкового молока включает две основные операции: гашение извести горячей водой и очистку известкового молока от крупных кусков необожженного карбонатного сырья, мелких зерен недопала, перекала и других нерастворимых примесей.
Схема приготовления известкового молока показана на рис. 5. Из рабочего бункера 2 известь подается лотковым питателем 1 во вращающийся барабан-гаситель 3, куда одновременно поступают нагретая вода и вода после промывки отбросных примесей извести (слабое известковое молоко). При гашении в гасителе 3 образуется известковое молоко с примесью твердых частиц различного размера, которое поступает в сортировочный барабан 5, представляющий собой сито с отверстиями размером 40 мм. Сортировочный барабан является продолжением гасителя, вращается вместе с ним и служит для отделения от известкового молока крупных кусков недопала (размером более 40 мм). В конце барабана 5 эти куски промываются горячей водой, поступают на транспортер 6 и передаются в известковые печи для повторного обжига.
Сортировочный барабан 5 заключен в кожух, оборудованный двумя вытяжными трубами для удаления образующегося в гасителе пара. Одна труба идет к конденсатору 4, где пар из гасителя подогревает воду, расходуемую на гашение, а вторая труба выведена в атмосферу на случай ремонта или чистки конденсатора.
Известковое молоко вместе с твердыми частицами размером менее 40 мм, проходящими через отверстия в барабане 5, поступает в сортировочный барабан 7: вращающееся перфорированное сито с отверстиями 2 мм. Здесь от известкового молока отделяются частицы размером более 2 мм, и оно, пройдя сито, попадает в конусообразный приемник кожуха, в который заключен сортировочный барабан, и далее подвергается окончательной очистке от примесей в классификаторе 14.
Оседающий на дне классификатора шлам выгребается реечным механизмом, промывается горячей водой и поступает в мешалку шлама 13. Концентрированное молоко, освобожденное от шлама, подается в мешалку известкового молока 15 и далее в отделение дистилляции.
Оставшиеся в сортировочном барабане 7 твердые частицы размером более 2 мм при вращении барабана постепенно перемещаются вдоль него и выгружаются в шнек 8, с помощью которого они передаются в шаровую мельницу мокрого помола 9. В мельнице одновременно с размолом происходит гашение извести, вскрываемой при размоле кусков. Образующееся в мельнице слабое известковое молоко вместе с примесями перетекает в мешалку 10 и далее для очистки от шлама откачивается центробежным насосом в виброгрохот 11. Шлам из виброгрохота поступает в мешалку отбросного шлама 13, а очищенное слабое известковое молоко направляется в мешалку 12, откуда насосом подается в гаситель.
3.Технологический режим отделения известкового молока
К наиболее важным регламентируемым показателям, характеризующим качество известкового молока и обеспечивающим нормальную работу отделения дистилляции, относятся концентрация Са(ОН)2 или свободного СаО и температура известкового молока. На содовых заводах концентрацию свободного СаО в известковом молоке называют титром молока, так как ее определяют титрованием молока соляной кислотой в присутствии индикатора - фенолфталеина.
Для производства необходимо, чтобы содержание Са(ОН)2 в известковом молоке было возможно выше, так как при этом уменьшается объем дистиллерной жидкости, а следовательно, повышается производительность отделения дистилляции, снижаются расход пара и потери извести и аммиака с отбросной жидкостью дистиллера. Однако, с другой стороны, при чрезмерно высокой концентрации Са(ОН)2 повышается вязкость суспензии, затрудняется работа гасителя и других аппаратов для очистки молока от примесей. Практика показала, что допустимая концентрация Са(ОН)2 в молоке (титр) составляет 200-250 н. д.(нормальное деление). Колебания титра молока должны быть минимальными, так как они усложняют дозирование молока в отделении дистилляции и увеличивают потери извести и аммиака с отбросной жидкостью дистиллера. В последней содержание СаО может колебаться в очень узких пределах (1-2 н. д.), т. е. в пределах одного нормального деления. В аппаратах отделения дистилляции известковое молоко разбавляется примерно в четыре раза.
Титр молока регулируют путем изменения объема воды, подаваемой на гашение. Колебания титра выравнивают в сравнительно больших емкостях - мешалках известкового молока. Масса извести, подаваемой в гаситель, зависит от расхода известкового молока в потребляющих цехах.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА СЫРОГО РАССОЛА
1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ
Сырой рассол (310 г NaCl на 1 л. воды) содержит примеси солей кальция и магния, поэтому его очищают от примесей известково-содовым способом. Для удаления солей кальция используют соду, а солей магния— известковое молоко. При этом ионы Са2+ осаждаются в виде СаСОз и ионы Mg2+ — в виде Mg(OH)2.. Высокая степень очистки рассола достигается уже при сравнительно небольших избытках реагентов, что требует высокой точности их дозирования.
Различают два вида осаждения твердых частиц из суспензии — свободное и совместное. При свободном осаждении каждая частица оседает со скоростью, зависящей от ее размера и плотности.
Быстрое оседание мелких частиц возможно лишь при совместном осаждении, когда отдельные частицы объединяются в хлопья и оседают с одинаковой скоростью, что дает четкую границу осветленной части суспензии. Скорость оседания хлопьев может изменяться в широких пределах — от 1 до 4 м/ч — в зависимости от условий осаждения.
Совместное осаждение сопровождается изменениями микроструктуры осадков СаСО3 и Mg(OH)2. Первично выпадающий осадок имеет аморфную структуру, постепенно переходящую в кристаллическую. Размеры отдельных кристаллов СаСО3 достигают 5—10 мкм, в то время как частицы Mg(OH)2 составляют всего лишь несколько сотых долей микрометра. Относительно крупные частицы СаСО3 легче агрегируются в присутствии тонкодисперсного осадка Mg(OH)2, который, адсорбируясь на поверхности СаСО3, выполняет роль коагулянта.
Так как осадки СаСО3 и Mg(0Н)2, образующиеся при рассолоочистке, несут заряды противоположного знака, совместное их присутствие и взаимодействие должно ускорять агрегирование и осаждение осадка. Для достижения высоких скоростей осаждения содержание ионов Са2+ в сыром рассоле должно быть в 3—9 раз больше содержания ионов Mg2+. При этом достигается и высокая степень уплотнения осадка, что снижает потери очищенного рассола с удаляемым шламом.
С повышением температуры уменьшается вязкость рассола, увеличивается скорость осаждения и уплотнения суспензии. Однако чрезмерное возрастание или колебания температуры рассола могут нарушать процесс консолидированного осаждения. Кроме того, для последующей стадии производства — абсорбции аммиака — повышение температуры нежелательно. Поэтому при очистке температуру рассола поддерживают в пределах 12—20 °С. При большом содержании Mg2+ очистку рассола ведут при температуре около 20 °С, а при малом — при 12 °С.
Последовательность введения осадительных реагентов в сырой рассол также существенно влияет на кинетику осаждения солей и уплотнения шлама, при очистке рассолов с малым содержанием магния, осадительные реагенты полезно предварительно смещать и нагреть.
Для увеличения скорости осаждения и уплотнения шлама следует применять по возможности высококонцентрированные растворы осадителей, что затрудняет точность их дозирования. Чтобы избежать этого и в то же время не вводить лишнюю воду с осадительными реагентами, их разбавляют очищенным рассолом. Концентрированный раствор соды разбавляют до содержания 22—25 н. д. Na2CO2, а известковое молоко — до содержания 60—75 н. д. активного СаО.
Введение в суспензию готовых свежеосажденных кристаллов — затравки ускоряет осаждение шлама. При увеличении дозы затравки до определенного предела повышается и скорость осаждения.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ СЫРОГО РАССОЛА
В зависимости от соотношения в сыром рассоле ионов Cas+ и Mg2+ применяют две технологические схемы очистки сырого рассола. На большинстве содовых заводов Ca2+>Mg2+ в этом случае применяется одностадийная схема очистки: рассол одновременно очищается от солей кальция и магния. При слишком большом содержании Mg(OH)2 в рассоле очистку ведут в две стадии.