Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
ПРОИЗВОДСТВО ВЫВАРОЧНОЙ соли
Выварочная соль получается в результате выпаривания искусственных или естественных рассолов, добываемых из недр земли. Такие рассолы отличаются сравнительно высокой концентрацией NaCl и малым содержанием примесей. Для получения выварочной соли непригодны рассолы любых поверхностных озер вследствие высокого содержания в них кальциевых солей и других примесей. Растворимость CaS04 в растворах поваренной соли больше, чем в воде. Максимум растворимости CaS04 и СаС03 в растворах NaCl соответствует концентрации приблизительно 2 моль NaCl в 1000 г воды80'81. Обычно рассол содержит (в г на 1 л):
NaCl.............................. 280-310 MgCl2 и MgS04 . . 0,2-4
CaS04............................ 5-6 СаС12............................ 0,2-0,8
Плотность рассола при 15° равна 1,19—1,20 г/см3. Высокое содержание MgCl:2 в рапе не препятствует выварке из нее поваренной соли, так как последующая промывка соли позволяет снизить концентрацию MgCl2 в межкристальной жидкости и получить соль высокого качества (стр. 113).
При выпарке рассолов морского типа (являющихся концентратами морской воды) при температуре кипения под атмосферным давлением после достижения насыщения кристаллизуется NaCl. На рис. 8 доказана равновесная диаграмма растворимости при 100° в водной взаимной бйстеме
2NaCl + MgS04 - Na2SQ4 + MgCl2
Состоящей из главных компонентов морской воды. Фигуративная точка солевой массы жидкой фазы по мере кристаллизации NaCl движется из начального положения 1. В стабильной области кристаллизации выделяется около 70% NaCl, когда точка состава жидкой фазы достигает границы полей кристаллизации NaCl и левеита Na2S04 • MgS04 • 2,5Н20 в точке 2. Однако при дальнейшем выпаривании вместо смеси галита и левеита продолжает кристаллизоваться один галит в метастабильной области (подобно тому, как это происходит и при солнечном испарении рассолов, когда NaCl кристаллизуется в метастабильной области без астрахани - та Na2S04-MgS04-4H20 — см. рис. 83 на стр. 272). Примерный ход кристаллизации показан пунктирной линией. Задержка выделения сульфатов вследствие достаточно большой стойкости метастабиль - ного состояния повышает общую степень извлечения NaCl при кипе - • нии раствора до 91%. При выпаривании же обессульфаченного концентрата морской воды можно выкристаллизовать до 96% поваренной соли82-85. Стабильные фазы выделяются лишь при добавке большого количества затравки.
Выпаривание рассолов в заводских условиях осуществляют "либо в чренах, обогреваемых топочными газами, либо в вакуум - выпарных аппаратах, обогреваемых паром. На чренных установках очистку рассола от примесей производят в процессе его упаривания. Соль получается в виде более крупных кристаллов, чем при вакуумной выпарке. Для выварки соли в вакуум-выпарных аппаратах в ряде случаев необходима предварительная очистка рассола от кальциевых и магниевых солей.
Температуры кипения рассолов морского типа различного состава могут быть определены расчетным путем. О методе расчета см.75.
MgSQ, |
90 |
Это старый метод, который сохранился и до настоящего времени. Имеются чренные солеварни (варницы), действующие с XVI в. (солеварни в районе Соликамска и др.)69. В США чрен - ную выварку соли осуществляют, например, на заводе в Манисти (штат Мичиган) производительностью более 1000 т! сутки 86>87. Рассол, подогретый с 10—15° до 60—70°, поступает в выпарной чрен,
представляющий собой открытый прямоугольный резервуар (сковороду), изготовленный из котельной стали толщиной 6—8 мм. Размеры его: длина 15—20 м, ширина 8—10 м, глубина 0,4—0,5 м.
В процессе выпарки в чрене поддерживают постоянный уровень рассола 18—20 см. При нагревании рассола в чрене до 80° из него выделяются сероводород и другие растворенные газы, а также выпадает сульфат кальция (рис. 9). По достижении температуры кипения (108°) происходит разложение бикарбоната кальция и
Образующийся СаС03 выделяется в Осадок; продолжается выпадение твердого CaS04. Твердые примеси удаляются специальными гребками через борт чрена. По достижении насыщения (через 6—8 ч) начинает кристаллизоваться NaCl. Магнезиальные соли остаются в растворе, попадают в готовую поваренную соль с маточным раствором, понижая ее качество. Для получения мелкокристаллической соли температуру рассола в процессе кристаллизации поддерживают в преде-
„---------- — 4 5 лах 90—100°. Для получения крупно-
МольС^о^атомольНА кристаллической соли температуру понижают (50—60°) и выгребают соль Рис. 9. Растворимость CaS04 1—2 раза в сутки.
В насыщенном растворе NaCl. Соль> кристаллизующаяся в процессе выпарки, механизированными гребками выгребается через наклонный борт чрена и отжимается на центрифугах (до влажности 3—5%) или высушивается в сушилках.
Температуру в топке под чреном поддерживают на уровне 1000—1200°; температура газов, уходящих из последнего газохода, 350—400°. При содержании в рассоле 24—25 % NaCl расходуется 0,45—0,5 т условного топлива на 1 т готовой соли; при понижении концентрации рассола до 15—16% NaCl расход топлива возрастает до 1,1 —1,2 т/т. Среднесуточный съем соли с 1 м2 поверхности нагрева чрена составляет 80—100 кг при исходной концентрации рассола 300 г/л NaCl; при этом интенсивность испарения воды составляет 11 —12 кг в 1 ч на 1 м2 поверхности нагрева чрена.
175 |
<50 |
W25 | |
100 |
75 |
50 |
Г5 |
При интенсивном выпаривании раствора в чренах получается соль с размерами зерен 0,1—0,2 мм. При снижении температуры до 60° (для получения крупнозернистой соли) производительность чренов уменьшается почти в 10 раз по сравнению с производительностью при интенсивном кипении. Однако более важным считают не интенсивность выпарки, а получение крупнозернистой соли, поэтому до сих пор пользуются чренным способом вываривания
соли, несмотря на его Примитивность. Крупнозернистую соль можно получить и при высокой температуре выпаривания рассола (90—95е), для этого необходимо добавить к нему поверхностно - активное вещество — мыла, жиры, спирты и др.88'89 (0,0002% ог веса получаемой соли). В качестве добавок предложены также такие, как бромистый цетилпиридин90 или 0,002% Мп в виде MnS04 и 0,001% смеси сексвиолеата сорбитана и монолаурата
Рис. 10. Схема механизированно» чренной выварки соли: 1-скважина: 3, 4 — насосы; 3 —резервуар; 5 — бак; 6, 13 — сигнальные лампы; 7—вентиль 8 — скребок! S —т<?пки; 10 — мешалка; и — солесборннки; 12, 18 — вакуум-монтежю; 14 — центрифуга; 18, It — сборники; 17 — транспортер; 19— весы; 20 — ловушка; 21 — барометрический конденсатор; 22 — ресивар; 23 — вакуум-насос. |
Полиоксиэтилен-сорбитана91. Более экономичным является брикетирование мелкокристаллической соли, полученной интенсивными методами выварки, с последующим дроблением брикетов до зерен требуемых размеров (стр. 91).
В зависимости от качества выпариваемых рассолов чрен останавливают на чистку через 7—12 дней. За это время в маточном растворе накапливается много примесей, а полотно чрена покрывается накипью — плотной коркой солей (называемой в Сибири чренным камнем или ширеем, а в Украине омокой) толщиной 7—10 см, производительность чрена сильно понижается (иногда до 50%), и создается опасность его прогара, а расход топлива значительно возрастает.
Накипь состоит из смеси кристаллов NaCl (86—90%), небольшого количества других растворимых солей и 5—8% нерастворимых осадков, главным образом сульфата кальция. Коэффициент теплопроводности соляной накипи равен 2—2,5 ккал/ (м ■ ч • град), Т. е. в 25—30 раз меньше, чем стали. Очистку от накипи можно производить механическими способами и размыванием ее струями
ЕОДЫ 91.
На рис. 10 показана схема осуществляемой на Усольском заводе выварки соли в круглых чренах с механизированным удалением соли 88. Выгрузка соли со дна чрена в солесборники производится при помощи скребков и проволочных щеток, укрепленных на мешалке, вращающейся со скоростью 2—3 об/мин. Отфугованную соль с 5—6% влаги направляют по транспортеру на склад или во вращающуюся барабанную сушилку. Выпарной чрен изготовляют из стальных листов толщиной 6—7 мм. Он имеет диаметр 10 м и высоту борта 0,5 м, сверху покрыт деревянным колпаком, снабженным двумя вытяжными трубами высотой 10 м для отвода пара и люками, служащими для наблюдения за работой мешалки и для ремонта чрена. Благодаря непрерывному удалению солей со дна чрена образование чренного камня происходит значительно медленнее, и длительность работы чрена между остановками для чистки достигает 30 суток, т. е. в 3 раза больше, чем при выварке соли в иемеханизированных чренах.