НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Титов Вячеслав Михайлович

УДК 661.321

РОЗРОБКА ТЕОРЕТИЧНИХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГІЇ І ОБЛАДНАННЯ ВИРОБНИЦТВА КАЛЬЦИНОВАНОЇ З МЕТОЮ СТВОРЕННЯ МАЛОВІДХОДНОГО ВИРОБНИЦТВА

Спеціальність 05.17.08 – процеси і обладнання хімічної технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків – 2001

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у ВАТ “Сода”, м. Стерлітамак, Республіка Башкортостан, Росія.

Науковий консультант доктор технічних наук, професор

Шапорєв Валерій Павлович

Національний технічний університет

“Харківський політехнічний інститут”

зав. кафедрою хімічної техніки та промислової екології

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Семенишин Євген Михайлович

Національний університет “ Львівська політехніка”

професор кафедри процесів та апаратів

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Перцев Леонід Петрович

Національний технічний університет

“Харківський політехнічний інститут”

професор кафедри хімічної техніки та промислової екології

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Зозуля Олександр Федорович

Науково-дослідний і проектний інститут основної хімії, НДІОХІМ, Державного комітету промислової політики України (м. Харків) перший заступник директора,

головний інженер проектної частини

Провідна установа Акціонерне товариство “Український науково-

дослідний інститут хімічного машинобудування,

УкрНДІХіммаш” Державного комітету промислової політики України, м. Харків

Захист відбудеться “29” листопада 2001 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.64.050.05 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий “23” жовтня 2001 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Тимченко В.К.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Виробництво кальцинованої соди за методом Сольве функціонує більш 130 років і відноситься до числа складних багатотоннажних хімічних виробництв. Якщо в області організації технологічного процесу з його безперервністю, високим ступенем механізації і автоматизації, аміачний метод по праву є одним з самих досконалих в сучасній хімічній технології, то в області використання корисних речовин, які входять в сировину, він може бути віднесений до дуже недосконалих процесів. Відомо, що до 65% корисних речовин, які входять до складу сировини, йдуть в відвали (“білі моря”). Це є суттєвим пороком класичного аміачно-содового процесу і тому проблема ліквідації цього недоліку ставилась з моменту розробки і створення процесу Сольве.

Виконано значну кількість наукових і проектних розробок по вказаних напрямках, але реалізовані вони були тільки в деяких випадках.

Таким чином, при сучасному виробництві кальцинованої соди утворюються відходи, які не виділяються і не використовуються, а тільки складаються в шламонакопичувачі (“білі моря”). Екологічні проблеми регіонів, де розташовані виробництва кальцинованої соди, відомі - це забруднення ораних земель, річок, повітря та інші. В той же час майже в усіх країнах світу проблема відходів розглядається як пріоритетна з відповідною державною підтримкою. Потенційні руйнівні ефекти відходів, що прогнозуються на майбутнє, примусили останнє десятиріччя сконцентрувати зусилля вчених та урядів Європейського співтовариства, країн ОБРЄ, Росії та інших для того, щоб взяти проблему відходів під контроль.

Виходячи з цього, науково-дослідні роботи і дослідження по напрямках, які дозволяють зменшувати кількість відходів, і розробку методів їх утилізації є актуальними у всьому світі.

Основними причинами кризового стану у сфері поводження з відходами є: застаріла і недосконала технологія виробництва, що приводить до накопичення значних обсягів відходів; використання в процесі сировини, забрудненої різними домішками; відсутність ефективної системи збирання, зберігання, виділення і переробки відходів; відсутність належного нормативно-правового регулювання процесу поводження з відходами; відсутність постійного моніторингу щодо контролю якості навколишнього середовища в місцях накопичення відходів та інше.

Стратегія і пріоритети виходу з кризового стану визначаються наступними напрямками, які вирішують вище означені задачі.

Виходячи з вищевказаного, в даній роботі при вирішенні задач про створення маловідхідної технології кальцинованої соди були використані такі пріоритети:

1. виявлення стадій (переділів) виробництва, де використовуються процеси переробки сировини; дослідження і використання методів підготовки сировини і її очистки перед вводом в виробництво; дослідження і вдосконалення процесів і апаратів на цих стадіях з метою досягнення максимального ступеню використання сировини і мінімальних втрат сировини і продуктів в навколишнє середовище; зменшення енергоємності технологічних процесів; використання для процесу некондиційної сировини;

2. розробка технологічного процесу виділення і обробки твердих відходів виробництва кальцинованої соди, з метою перетворення їх в матеріально-сировинний ресурс для суміжних виробництв;

3. на базі вищевказаних результатів досліджень розробити маловідхідну схему виробництва кальцинованої соди.

Перелічені завдання із змістовним аналізом реальних ситуацій повинні при розв’язанні опиратися на методи математичного моделювання і використовувати результати експериментальних досліджень. Все це, безумовно, ґрунтується на класичних законах і уявленнях про процеси, які досліджуються але специфічність вищевказаних гетерогенних процесів, специфічність числових задач не дозволяють обґрунтувати загальні наукові задачі. З іншого боку, процесам, що розглядаються, присутні загальні риси, такі, як наявність трьохфазових систем, подібність законів розчинення і кристалізації, подібність кінетичних законів перетворювання сировини в продукти, отже, подібність методів їх дослідження, зокрема, методів фізично-математичного моделювання.

Багатофакторність таких технологічних систем, висока вартість експериментів, різноманітність задач наукового та практичного складу дозволяють стверджувати, що математичні моделі дозволяють розширити уявлення про гетерогенні процеси, які вивчаються в цій роботі, і виявити ще недосліджені їх закономірності. Тобто представлена робота актуальна не тільки з точки зору вирішення конкретних завдань, але і з точки зору загальнонаукової значимості.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно з державною програмою Росії “Основні напрямки розвитку виробництва кальцинованої соди до 2010р. п. 1.5 “Розробка вдосконаленої технології та апаратури абсорбційно-десорбційного циклу” (затв. Державним комітетом СРСР з науки і техніки № 555 від 03.03.85р.). На базі цієї програми в 1994р. вийшла постанова Кабінету міністрів Республіки Башкортостан “Про невідкладні міри і основні напрямки природоохоронних робіт Р. Б.” № 73 від 03.03.94, в якій тема дисертаційної роботи є одним з пунктів (п. 4).

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є розробка та вдосконалення процесів і їх апаратурного оформлення, пов’язаних з переробкою сировини в виробництві кальцинованої соди для інтенсифікації процесів і збільшення ступеня використання сировини, а саме: процеси підготовки і очищення розсолу від домішок; процеси карбонізації амонізованого соляного розсолу і кристалізації гідрокарбонату натрію і розділення суспензії гідрокарбонату натрію; процеси регенерації аміаку і діоксиду вуглецю з маточної рідини після процесу карбонізації з використанням вторинних матеріальних ресурсів; процеси виділення шламу дистиляції (тверді відходи) і їх обробки із здобуттям матеріально-сировинного ресурсу для суміжних виробництв.

Задачі дослідження відповідно до мети роботи полягають у наступному:

1.

2.

3.

4.

5.

Об’єктом дослідження є вище означені пріоритетні напрямки, які покладені в основу створення маловідхідного виробництва кальцинованої соди.

Предметом дослідження є процеси, апарати і обладнання для впровадження технологій, які досліджуються.

Методи досліджень. Теорії масопереносу, теорія кристалізації твердої речовини з пересичених розчинів, теорія коагуляції і седиментації часток, теоретичні основи хімічної кінетики, теоретичні основи хімічних реакторів, теорія імовірностей , інтегральне та диференційне числення, сучасні методи фізико-хімічного аналізу, сучасні методи дослідження структури потоків в апаратах і математичного моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Досліджено процеси утворення, кристалізації і коагуляції твердих фаз , , які утворюються в процесі очистки соляного розсолу від солей жорсткості. Встановлено кінетичні і технологічні параметри процесу, фільтруємість осадків.

2. Вперше здобуті фізико-математичні моделі утворення і кристалізації твердих фаз при послідовній подачі осаджуючих реагентів в реактор розсолоочистки з одночасною подачею реагентів. Розроблені числові методи рівнянь моделі і аналізу процесів у промисловому реакторі, при цьому встановлено рівняння для визначення оптимального часу перебування реакційної суміші в промисловому реакторі. Останнє дозволило скоректувати технологічні режими очистки, інтенсифікувати процес осадження в відстійнику, підвищити чистоту розсолу.

3. Вперше досліджено процес очистки соляного розсолу від іонів дешевим і доступним реагентом – розчином . Розроблено два режими очистки розсолу від іонів при температурах 298-310 К і температурах 343К. Показано, що при реалізації процесу в залежності від температурного режиму ступінь очистки розсолу складає від 60 до 100%. Доведено, що фізико-математична модель, яку розроблено для технології одночасної подачі осаджуючих реагентів в промисловий реактор (модель осадження твердої фази, що кристалізується на інертних частинках), адекватно описує процес очистки розсолу від іонів .

4. Розроблено апаратурно-технологічну схему (АТС) процесу очистки соляного розсолу від комплексу іонів , яку реалізовано в промисловості. Доведено працездатність АТС і високу якість соляного розсолу. Доведені ефективність і переваги використання очищеного розсолу від іонів на станції дистиляції, в тому числі показано зменшення рідинних стоків в “біле море” на 0.4 м3/т соди;

5. Вперше виконані теоретичні і експериментальні дослідження процесів утворення гідрокарбонату натрію, його кристалізації, механізму і кінетики росту кристалів в умовах промислових карбонізаційних колон. Встановлено, що характер протікання вищевказаних процесів в повній мірі визначається гідродинамічними умовами в колоні.

6. Вперше виконано порівняльний аналіз щодо впливу різних контактних пристроїв в колоні (типи контактних тарілок, типи холодильних бочок), які визначають гідродинамічні обставини в колоні, на умови протікання процесу карбонізації і процесів кристалізації і росту кристалів гідрокарбонату натрію, якість гідрокарбонатної суспензії на виході з колони.

7. Розроблено ряд фізико-математичних моделей, що описують процеси утворення, росту кристалів гідрокарбонату натрію, а також фінальний розподіл кристалів за розмірами в гідрокарбонатній суспензії на виході з колон. Наведені числові рішення моделей і доведена їх адекватність. Аналіз моделей дозволив розробити основи модернізації промислових колон і визначити режими виробництва однорідних за розмірами кристалів гідрокарбонату натрію з рівноважною структурою.

8. Розроблено математичну модель динамічної поведінки колон карбонізації, яка є узагальненою моделлю, що об’єднує моделі всіх процесів, які протікають в колоні. На основі цієї моделі розроблено методику розрахунку промислових колон з урахуванням процесів кристалізації.

9. Створено нову конструкцію карбонізаційної колони, при промисловій експлуатації якої ступінь утилізації натрію підвищується на 3-3.5%, суспензія, що виходить з колон, має однорідні за розмірами кристали близько 159 мкм, вологість осадку після фільтрування зменшується на 2-3%.

10. Доведено, що гідрокарбонатна суспензія після модернізованої карбоколони має таку якість, що для її розділення можливо використовувати процес центрифугування. Вперше в СНД розроблено і впроваджено в промислову практику апаратурну схему фільтрування суспензії гідрокарбонату натрію з використанням центрифуг, що дозволяє зменшити вологість осадку гідрокарбонату натрію до 6-9%. Показано ефективність розроблених заходів і доведено, що їх впровадження дозволяє значно зменшити утворення рідинних і твердих відходів виробництва, а також значно зменшити енергоємність виробництва кальцинованої соди.

11. Запропоновано використання в якості агенту, що регенерує аміак в виробництві кальцинованої соди, вапняк з відвалів кар’єрів (вторинні матеріальні ресурси).

12. Вперше досліджено і визначено механізм взаємодії розчину маточної рідини після фільтрів з суспензією. Виявлені температура, тиск і концентраційні умови протікання процесу.

13. Вперше розроблено фізико-математична модель протікання процесу в багатокомпонентній системі, що досліджується, для широкого діапазону умов. Виявлені коефіцієнти масопереносу і на основі аналізу моделі виконано вибір конструкції реактору для реалізації процесу.

14. Доведено, що впровадження нового процесу регенерації аміаку може бути виконано на діючому обладнані станції дистиляції в виробництві соди. Показано, що впровадження процесу в промисловість дозволяє не тільки використати вторинні ресурси, але і зменшити кількість рідинних відходів на 2.0-2.2 м3/т соди;

15. Виконано техніко-економічний аналіз щодо проблеми утилізації і переробки твердих відходів, показано переваги вироблення і використання безхлоридного шламу дистиляції в суміжних виробництвах, таких як виробництво цементного клінкеру і безцементного в’яжучого.

16. Розроблено вдосконалений процес фільтрування і конверсії шламу дистиляції, який дозволяє не тільки виробляти безхлоридний шлам, але і на 36-40% зменшити капітальні затрати на організацію виробництва. Доведено, що впровадження вдосконаленого процесу переробки шламу дистиляції дозволяє збільшити термін служби шламонакопичувачів на 8-10 років;

17. Доведено, що використання безхлоридного шламу в виробництві цементного клінкеру і безцементного в’яжучого дозволяє знизити витрати умовного палива на здобуття 1 т продукції відповідно на 100 і 87.5 кг;

18. Доведено, що незалежно від того, чи запроектований содовий завод за цеховим принципом, чи за принципом технологічної лінії, впровадження виконаних розробок не змінює принципової послідовності операцій, а тому не змінює діючу апаратурно-технологічну схему виробництва соди. Таким чином, маловідхідність виробництва кальцинованої соди виникає за рахунок удосконалення процесів на кожній стадії.

Кожен з висновків, працездатність моделей та достовірність отриманих знань, ґрунтується на класичних законах. Конкретні випадки перевірялись на адекватність відомими принципами:

1. порівнянням з відомими граничними випадками, які спеціально відмічені у відповідних місцях розглянутих підрозділів;

2. співставленням з надійними експериментальними даними, які можна вважати разом з критично проаналізованими літературними даними репрезентативними;

3. протіканням процесів, роботою обладнання та технологій, в обґрунтуванні, розробці та інтенсифікації яких використано результати цієї роботи.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати розвивають напрямок знань щодо створення маловідхідних технологій за рахунок використання чистої сировини і вдосконалення процесів і обладнання, за рахунок яких проходить перетворення сировини в продукти.

Отримані результати розвивають також знання про закономірності складно-сполучених процесів, які супроводжуються процесами кристалізації. Здобуті результати вказують шляхи розв’язання конкретних технологічних завдань в содовій промисловості.

Результати досліджень дали можливість отримати необхідні дані для інженерних розробок із вдосконалення обладнання і технологічних процесів і створити методики їх розрахунків.

Отримані результати і їх впровадження в промисловість дозволили, не змінюючи апаратурно-технологічної схеми процесу виробництва кальцинованої соди, організувати процеси так, що технологія виробництва соди дійсно стала маловідхідною.

Всі розробки, які виконані в роботі і впроваджені на ВАТ “Сода“ м. Стерлітамак, дозволяють суттєво зменшити вплив виробництва і навантаження на навколишнє середовище в м. Стерлітамак. Матеріали роботи використовуються також в навчальному процесі у Стерлітамакському інституті нафти, НТУ “ХПІ“ (м. Харків).

Особистий внесок здобувача. У надрукованих працях автору належать основні ідеї та розв’язання теоретичних питань, участь в постановці експериментів та їх раціональному плануванні, обробці та інтерпретації результатів, написанні текстів статей, доповідей, тез, науково-дослідних звітів, впровадженні конкретних практичних рекомендацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на таких науково-технічних конференціях і семінарах: “Методи дослідження, паспортизації і переробки відходів”, Пенза 1994р.; “Математичні методи хімії і хімічної технології”, Тула 1996р.; XI Всесоюзна конференція по хімічним реакторам “Хімреактор 11“ , Алушта, квітень-травень 1992р.; Міжнародна конференція “Промисловість будівельних матеріалів і будівельна індустрія, енерго- і ресурсозберігання в ринкових умовах”, Росія, Бєлгород, 6-9 жовтня 1997р.; Шоста міжнародна конференція “Сучасні інформаційні і енергозберігаючі технології, життєзабезпечення людини”, Харків, 22-26 листопада 1999р.

Крім того, результати роботи неодноразово доповідались на науково-технічних радах ВАТ “Сода“ і засіданнях кафедри ХТПЕ НТУ “ХПІ“.

Публікації. Основний зміст дисертації відображений в 26 наукових працях, серед них 1 монографія, 16 статей, опублікованих у збірниках наукових праць, 3 авт. свідоцтва, 1 статтю депоновано, 4- опубліковано в матеріалах науково-технічних конференцій.

Структура і обсяг роботи. Робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків та одного додатка. Повний обсяг дисертації становить 325 сторінок, і 43 люстрацій на 43 сторінках, 7 табл. по тексту, 46 табл. на 46 сторінках, 2 додатка на 6 стор. , списку літературних джерел з 110 найменувань на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми досліджень, формулюється мета роботи, наводиться її наукова новизна та практична цінність.

У першому розділі розглянуто відомі дані щодо очистки соляного розсолу від вказаних домішок. Аналіз відомих даних дозволяє стверджувати, що від ступеню очистки розсолу від солей жорсткості залежить ефективність роботи відстійників, технологічна надійність роботи обладнання у абсорбційному циклі виробництва, а також термін служби шламопроводів. Ступінь очистки від вказаних солей залежить від удосконалених знань про процеси утворення і в реакторах розсолоочистки, коагуляції часток утворення і і умов консолідованого осадження. Показано, що в літературі не відомі дані щодо наукових досліджень цього питання, крім якісних приблизно феноменологічних описів про вплив різних факторів на процес седиментації вказаних часток. Це приводить до недосконалості промислового процесу очистки, зменшення якості очищеного розсолу і збільшенню витрати осаджуючих реагентів. При проведенні процесу очистки розсолу від солей жорсткості утворюється , якій дуже добре розчинюється в рідині розсолу. Потім на станції дистиляції при обробці маточної рідини вапняним молоком вони переходять в , створюється пересичення по і йде процес кристалізації, що приводить до інкрустацій колонної апаратури. Відомі літературні дані стверджують, що наслідком присутності в розсолі є зниження ступеню утилізації натрію в гідроколонах на 0.5-1%.

До цього часу на содових підприємствах не використовуються технології чи методи, які б дозволили очистити розсіл від іонів .

Враховуючи вищезгадане, очевидно, що розробка процесу очистки розсолу від іонів доцільна з точки зору підвищення ступеню використання сировини та збільшення пробігу обладнання на станції дистиляції.

Виконано постановку задач дослідження процесу розсолоочистки, приведені установки; методи дослідження і методи аналізу, визначені експериментальні умови для систем, що досліджувались. Такими системами були: 1) –; 2) – ; 3) – ; 4) – – – – .

Подані результати експериментальних досліджень систем 1 – 3.

Рентгенофазовий, спектроскопічний методи аналізу, а також мікроскопічний аналіз, дозволили встановити, що процес утворення, кристалізації і коагуляції твердої фази в системах, що досліджувались, складається з трьох етапів. На першому етапі утворюється колоїдна система з часток , які мають від’ємний електрокінетичний потенціал – 12-15 мВ, рентгенограми і спектрограми характерні для кальциту. Встановлено, що взаємодія між компонентами і утворення триває протягом 2-3 хвилин, а ph системи на рівні 12.25 підтримується протягом 12-16 хвилин і має слабку тенденцію до зниження. Аналіз здобутих даних і цього явища довів, що в перший період істинної коагуляції в системах, що досліджувались, не відбувалось. Має місце дальня коагуляція часток. Після першого періоду однорідність середовища порушується у всьому об’ємі і з’являються чітко виражені кристали розміром м, а величина ph зменшується до 11.3. В цей період електрокінетичний потенціал зменшується до 8.4 мВ. Система переходить до стану, коли вона має найменшу вільну енергію. Далі система переходить до третього періоду, де електрокінетичний потенціал знижується до 3.2-3.8 мВ, тут він як і раніш, є від’ємним. Присутні в розчині іони , , забезпечують переніс речовини до зони контакту і збільшують здатність частинок до коагуляції. Встановлені граничні значення ph=10.5-10.78, при яких спостерігається надлишок іонів не нижче 0.13 і не більше 0.45 г/дм3 (0.2-0.3 н.д.), що забезпечує інтенсивну седиментацію часток утворення в рідині.

Таким чином, очевидно, що перший і другий етапи повинні реалізовуватися в реакторі, а третій етап в відстійнику. Характерною ознакою завершення другого періоду є сталість ph суспензії, яка виходить з реактору (ph=10.5-10.78).

Кінетичними дослідженнями було встановлено залежність між швидкостями утворення (Pr), зародкоутворення () і росту кристалів утворення (G):

(1)

де ; Мт – середня густина суспензії [кг/м3 ], V – об’єм реактора [м3 ], lm – домінуючий розмір часток [м3], А - вміст іонів [кг/ м3].

При дослідженні умов седиментації суспензії в відстійнику встановлено, що показник максимальної швидкості просвітлення суспензії (Vmax) для різних експериментальних умов є відносно сталою величиною, що дозволяє оцінювати якість суспензії після реактора і ефективність процесу в відстійнику. Доведено, що вищезгадані раніш оптимальні значення ph суспензії на виході з реактору забезпечують Vmax на рівні 0.8-1.37 м/год.

Наведені результати експериментальних досліджень системи 4 в разі, коли осаджуючі компоненти і подаються в реактор одночасно.

Оцінка кінетичних параметрів реакцій утворення i довела, що швидкість утворення більш ніж на порядок менша швидкості утворення . При цьому електрокінетичний потенціал свіже утвореного є додатним і складає величину 11.2-15.8 мВ. Кристаліти гідроксиду магнію малі (h=100, l =800).

Доведено що при сумісному осаджені і спостерігаються аномально високі швидкості седиментації (0.386-2.4 м/год.). Мікроскопічні дослідження процесу при відношенні іонів в системі в інтервалі 0-15 довели, що речовина осаджується на попередньо утворених частинках . Тобто спостерігається ріст нової фази на рівномірно розподілених частках фази утворення (дамо останній найменування стороння). З літератури відомо, що для описування таких процесів відсутня задовільна математична модель. Відсутність моделі не дозволяє чітко розрахувати час перебування реагентів в реакторі і відстійнику, а також розрахувати реакційні об’єми апаратів. Нижче наведено основні рівняння розробленої нами математичної моделі для цього випадку. Для проточного дифузійного реактору здобуто рівняння моделі в вигляді:

(2)

,

де xi - просторові координати; vi - компонента швидкості руху частки масою (об’ємом) x; Di – коефіцієнти дифузії, n - густина популяції часток (кількість часток), k(j,i) – коефіцієнт, який відображає добуток імовірності зіткнення сторонніх часток масою im з масою частки нової фази масою jm і імовірності злипання цих часток за одиницю часу в одиниці об’єму реактора, - момент часу, F - функція розподілу.

Цю систему вирішено для випадку реактора ідеального змішування при умові переходу в системі рівнянь до моментів функції розподілу:

(3)

де ( додаток між середньозваженим розміром кристалів нової фази R і об’ємом кристалів в апараті V) [ м4],

- середній розмір , - безрозмірній час, ; В цих рівняннях стаціонарними членами є , , нестаціонарними - ; .

Аналіз рішення довів, що фізичний час виходу системи на стаціонарний режим залежить тільки від k і не залежить ні від потужності, ні від властивостей часток утворення . k(i,j) має зміст швидкості вивантаження кристалів з реактору в відстійник. Аналіз моделі і її рішення дозволили також встановити, що здобуття кількості часток нової фази Nj з масою jm, при яких спостерігається консолідоване осадження досягається при величині , де – розмір часток при виході на стаціонар. Час досягнення визначається . Оцінка (год.) по моделі для процесів, що протікають в промисловому реакторі розсолоочистки довели, що розрахункове значення перевищує реальний час перебування суспензії в реакторі. Тому в промисловості процес росту часток нової фази продовжується в відстійнику, що приводить до підвищених витрат компонентів і погіршення якості суспензії. Враховуючи вищезгадане розроблені і впроваджені заходи щодо збільшення перебування суспензії в реакторі.

Розглянутий процес очистки розсолу від іонів . Процес досліджувався в інтервалі температур 298-353 К. Встановлено, що при температурах, менших, ніж 305 К, процес утворення йде по реакції:

+ +

Рівноважна концентрація () в розчині складає 2.06 кг/м3

Встановлено, що в результаті реакцій утворюються пересичені розчини по, при цьому кристалізація сульфату протікає у вигляді на поверхні затравки. Кристали мають довжину 0.1-0.14 мм, відношення поперечного розміру до довжини є l/d10. При цьому встановлено, що голкоподібна форма кристалу не є наслідком утворення гіпохлоридів кальцію, а особливостями росту кристалів..

При температурах 343 К в результаті взаємодії між і можуть утворюватись фази:

Кристалізація тієї чи іншої фази залежить від величини надлишку (Y) по відношенню до стехіометрії. Якщо Y5, то викристалізовуються фази A(D)+C+B. При значенні Y10 викристалізовується фаза А. При чому з розчину викристалізовуються всі сульфати у вигляді фази А, якщо мольне відношення

Далі в роботі досліджувався останній режим.

Встановлено, що утворення і змішані кристали i , які залишились в розсолі після попередніх стадій очистки є затравкою для фази А. При цьому встановлено, що ступень кристалізації = 98.8% досягається за 3 хвилини (180 с), а = 99.6% за 8 хвилин (480 с). Доведено, що розсіл після видалення фази А має концентрацію іонів г/дм3. Термін перебування в реакторі як в холодному режимі, так і гарячому, визначається порівнянням моделі 2, 3.

Наведені апаратурно-технологічні схеми для реалізації комплексного процесу очистки розсолу від іонів . Наведені експериментальні дані промислового випробування процесів очистки розсолу. Доведено, що впровадження комплексного процесу очистки розсолу дозволяє в порівнянні з традиційною схемою значно підвищити якість розсолу, що визначається в зменшенні концентрації іонів в очищеному розсолі: в 4-5, в 10, в 3-300 разів, мутність розсолу зменшується в 1.5-2 рази.

Доведено, що використання розсолу після комплексної очистки на станції абсорбції і дистиляції дозволяє в 3-4 рази збільшити термін роботи обладнання від чистки до чистки, досягти економію тепла на десорбцію (на 0.04 пари/м3 рідини). Встановлено, що на станції карбонізації вдається стабільно досягти підвищення ступеня утилізації натрію на 0.7%, що як відомо дозволяє зменшити витрати розсолу на 1 т соди на 0.05 м3 , витрат вапна на 0.27 кг, витрат пари на 0,009 т.

Доведено, що досягнення вищезгаданих показників дозволяє зменшити об’єм рідких відходів в виробництві на 0,4-0,6 м3/т соди.