УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО ЕДКОГО НАТРА

Полезная модель относится к области химической технологии, а именно к установкам для получения твердого едкого натра, и может найти применение в химической промышленности.
3
Известна установка для обезвоживания и плавки каустической соды в открытых толстостенных котлах с полусферическим днищем емкостью 8,3 м, отлитых из чугуна с присадкой никеля. Установка состоит из котла-подогревателя и плавильного котла. Для обогрева котлов используют топочные газы. Температура кипения повышается в процессе с 300°С до 550°С. По окончании обезвоживания 96%-ный едкий натр с помощью вертикального погружного насоса перекачивается в железные барабаны, где застывает (см. Л. М. Якименко "Производство хлора, каустической соды и неорганических продуктов", Москва, изд. "Химия", 1974 г., стр.268).
К недостаткам данной установки необходимо отнести:
- периодичность ведения процесса;
- громоздкость оборудования;
- большую длительность одной операции (четверо суток);
- низкую коррозионную стойкость материала котлов (котел выдерживает до 100 плавок);
- высокие энергозатраты ввиду малой эффективности устройства. Прототипом заявляемой полезной модели является устройство, состоящее
из последовательно соединенных подогревателя исходного раствора, испарителя и сборника плавленого едкого натра. Кроме того, в устройство входят барометрический конденсатор и паровой эжектор. Испаритель представляет собой выпарной аппарат, выполненный из чистого никеля, работающий под вакуумом и обогреваемый парами даутерма. Смесь расплава едкого натра и водяного пара разделяется в сепараторе испарителя. Плавленый едкий натр собирается в
сборник, а водяной пар конденсируется в барометрическом конденсаторе. Из сборника плав едкого натра направляется на кристаллизацию (см. там же, стр.270).
Преимущества данного устройства по сравнению с аналогом заключаются в следующем:
- устройство позволяет вести процесс непрерывно, причем под вакуумом и при более низких температурах;
- увеличивается срок службы аппарата.
К недостаткам данного устройства следует отнести:
- необходимость применения дорогостоящих материалов;
- большие габаритные размеры;
- высокие энергозатраты, при применении высокотемпературных теплоносителей.
Решаемая предлагаемой полезной моделью задача заключается в возможности получения твердого едкого натра при снижении энергетических затрат на проведение процесса, повышении качества производимого продукта и уменьшении капитальных затрат на оборудование.
Задача решается благодаря тому, что в установке для получения твердого едкого натра, включающей аппарат для концентрирования раствора и кристаллизатор, согласно полезной модели, выход аппарата для концентрирования раствора соединен со входом кристаллизатора по раствору едкого натра.
В одном из вариантов реализации установки между аппаратом для концентрирования раствора и кристаллизатором размещен второй аппарат для концентрирования раствора, соединенный с первым аппаратом для концентрирования и кристаллизатором по раствору едкого натра.
В одном из воплощений установки согласно приведенному выше варианту ее реализации выход кристаллизатора по раствору с концентрацией, сниженной в результате кристаллизации, соединен со входом второго аппарата для концентрирования раствора. В другом воплощении установка содержит второй кристаллизатор, который установлен за первым кристаллизатором и вход
которого соединен по раствору с концентрацией, сниженной в результате кристаллизации, с выходом первого кристаллизатора.
Еще в одном из предпочтительных вариантов реализации полезной модели установка снабжена аппаратом для охлаждения и выдержки концентрированного раствора. При этом аппарат для охлаждения и выдержки концентрированного раствора может быть размещен между аппаратами для концентрирования раствора, а выход кристаллизатора по раствору с концентрацией, сниженной в результате кристаллизации, соединен с аппаратом для охлаждения и выдержки концентрированного раствора.
Указанные варианты компоновки аппаратов в установке обеспечивают эффективное выделение из раствора моногидрата едкого натра, а при соответствии параметров процесса определенным участкам кривой растворимости едкого натра в воде - и безводного едкого натра. При этом установка обеспечивает получение высококачественного твердого едкого натра как из чистых исходных растворов (полученных, например, ртутным или мембранным методами), так и из растворов, содержащих значительное количество примесей (полученных, например, недорогими химическим или диафрагменным методами).
Кроме того, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения заметно снижает энергозатраты и металлоемкость оборудования, поскольку в данном случае отпадает необходимость в концентрировании раствора до 94÷99% по едкому натру. Это обусловлено главным образом тем, что кристаллизацию проводят в постоянно обновляющейся тонкой пленке при температурах и концентрациях, позволяющих вести процесс кристаллизации из раствора, содержащего смесь моногидрата едкого натра и безводного едкого натра.
В зависимости от потребностей производства установка позволяет получать различные твердые продукты с различным содержанием NaOH. Так, вариант установки с одним аппаратом для концентрирования раствора едкого натра и одним кристаллизатором предназначен для получения твердого моногидрата
едкого натра. Вариант установки с двумя аппаратами для концентрирования и одним кристаллизатором предназначен для непрерывного получения твердого безводного едкого натра. Вариант установки с двумя аппаратами для концентрирования и двумя кристаллизаторами позволяет получать одновременно твердый безводный едкий натр и твердый моногидрат едкого натра.
Установка иллюстрируется прилагаемыми чертежами, на которых показаны:
фиг.1 - технологическая схема получения преимущественно твердого моногидрата едкого натра;
фиг.2 - технологическая схема непрерывного получения твердого безводного едкого натра;
фиг.3 - технологическая схема одновременного получения твердого безводного едкого натра и твердого моногидрата едкого натра.
фиг.4 - технологическая схема согласно фиг.1 с аппаратом для охлаждения и выдержки концентрированного раствора;
фиг.5 - технологическая схема согласно фиг.2, с аппаратом для охлаждения и выдержки концентрированного раствора.
Установка (фиг.1) содержит последовательно соединенные по раствору едкого натра аппарат для концентрирования раствора 1 и кристаллизатор 2, выполненный в виде вальцового кристаллизатора.
В варианте, изображенном на фиг.2, установка дополнительно содержит аппарат для концентрирования раствора 3, расположенный в технологической линии между аппаратом 1 и кристаллизатором 2. При этом кристаллизатор 2 соединен по раствору с концентрацией, сниженной в результате кристаллизации, со входом аппарата для концентрирования раствора 3.
В варианте, изображенном на фиг.3, установка, показанная на фиг.2, дополнительно содержит кристаллизатор 4, установленный в технологической линии за кристаллизатором 2. При этом кристаллизатор 2 соединен по раствору едкого натра не с аппаратом для концентрирования раствора 3, а с
кристаллизатором 4. Как и кристаллизатор 2, кристаллизатор 4 выполнен в виде вальцового кристаллизатора.
В варианте, изображенном на фиг.4, установка, показанная на фиг.1, дополнительно содержит аппарат для охлаждения и выдержки раствора 5 с фильтром 6, установленный в технологической линии между аппаратом для концентрирования раствора 1 и кристаллизатором 2 и соединенный с ними по раствору едкого натра.
В варианте, изображенном на фиг.5, установка, показанная на фиг.2, дополнительно содержит аппарат для охлаждения и выдержки раствора 5, установленный в технологической линии между аппаратами для концентрирования раствора 1 и 3 и соединенный с ними по раствору едкого натра. При этом кристаллизатор 2 соединен по раствору с концентрацией, сниженной в результате кристаллизации, со входом указанного аппарата для охлаждения и выдержки 5.
Установка, показанная на фиг.1, работает следующим образом.
Раствор едкого натра, полученный преимущественно мембранным или ртутным методом, концентрируется в аппарате для концентрирования раствора 1 до концентрации 51 - 75% по едкому натру. Концентрированный раствор из аппарата 1 поступает в ванну кристаллизатора 2. Охлаждаемый изнутри и частично погруженный в раствор валец кристаллизатора 2 с температурой стенки 10 - 30°С, вращаясь, увлекает тонкую пленку раствора, которая застывает на его поверхности. Образовавшаяся корка срезается ножом. Чешуйки продукта (преимущественно моногидрата едкого натра) ссыпаются в бункер и направляются на затаривание.
Установка, показанная на фиг.2, работает следующим образом. Раствор едкого натра, полученный преимущественно мембранным или ртутным методом, концентрируется в аппарате для концентрирования 1 до концентрации 51 - 75% по едкому натру и подается на доупаривание в аппарат для концентрирования 3. Раствор, сконцентрированный в аппарате 3 до 80 - 92% по едкому натру, поступает в ванну кристаллизатора 2.
Охлаждаемый изнутри валец кристаллизатора 2 с температурой стенки 80 - 300°С частично погружен в раствор. Вращаясь, валец увлекает тонкую пленку раствора,
которая застывает на его поверхности. Образовавшаяся корка продукта (безводного едкого натра) срезается ножом. Чешуйки ссыпаются в бункер и направляются на затаривание. Оставшийся в ванне кристаллизатора 2 обедненный основным продуктом раствор направляется в аппарат для концентрирования 3. Таким образом, осуществляется непрерывный процесс получения твердого безводного едкого натра.
В отличие от установки, показанной на фиг.2, в установке согласно фиг.3 обедненный основным продуктом раствор, оставшийся в ванне кристаллизатора 2, направляется в ванну кристаллизатора 4. Образовавшаяся на поверхности вальца кристаллизатора 4, охлаждаемого водой с температурой 10-30°С, корка продукта (моногидрата едкого натра) срезается ножом. Чешуйки ссыпаются в бункер и направляются на затаривание. Данная конфигурация устройства обеспечивает непрерывное одновременное получение двух конечных продуктов - твердого безводного едкого натра и твердого моногидрата едкого натра.
Установка, показанная на фиг.4, предназначена для обработки растворов едкого натра, полученных преимущественно химическим или диафрагменным методами, а, следовательно, имеющих повышенное содержание примесей. Поэтому, в отличие от установки, изображенной на фиг.1, сконцентрированный в аппарате 1 раствор перед кристаллизацией направляется в аппарат для охлаждения и выдержки раствора 5, где выдерживается при постоянной температуре, выбранной в интервале 75 - 150°С в зависимости от концентрации раствора. Осветленная часть раствора из аппарата 5 поступает в ванну кристаллизатора 2. Сгущенная часть раствора подвергается фильтрованию на фильтре 6. Фильтрат насосом возвращается в аппарат для охлаждения и выдержки раствора 5. Процесс кристаллизации аналогичен описанному выше для установки, изображенной на фиг.1.
Установка, показанная на фиг.5, также предназначена для обработки растворов едкого натра с повышенным содержанием примесей. В ней, в отличие от установки, изображенной на фиг.2, сконцентрированный в аппарате 1 раствор едкого натра, полученный электролизом либо химическим путем, подается в аппарат для охлаждения и выдержки раствора 5, где выдерживается при постоянной температуре, выбранной в интервале 75 - 150°С в зависимости от концентрации раствора. Осветленная часть раствора из аппарата 5 поступает на доупаривание в аппарат для концентрирования 3. Сгущенная часть раствора подвергается фильтрованию на фильтре 6. Фильтрат насосом возвращается в аппарат для охлаждения и выдержки раствора 5. Раствор, сконцентрированный в аппарате для концентрирования 3 до 80 - 92% по едкому натру, поступает в ванну кристаллизатора 2. Охлаждаемый изнутри валец кристаллизатора 2 с температурой стенки 80 - 300°С частично погружен в раствор. Вращаясь, валец увлекает тонкую пленку раствора, которая застывает на его поверхности. Образовавшаяся корка продукта (безводного едкого натра) срезается ножом. Чешуйки ссыпаются в бункер и направляются на затаривание. Оставшийся в ванне кристаллизатора 2 обедненный основным продуктом раствор направляется в аппарат для охлаждения и выдержки раствора 5, где осветляется вместе с раствором, подаваемым из аппарата для концентрирования 1, и подается на доупаривание в аппарат для концентрирования 3. Таким образом, осуществляется непрерывный процесс получения твердого безводного едкого натра с одновременной эффективной очисткой обрабатываемого раствора от выпадающих из него загрязнений, что гарантирует высокое качество конечного продукта.
Следует отметить, что применение заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами, которые лишь иллюстрируют возможности ее реализации. Так, когда нет необходимости в аппарате для охлаждения и выдержки раствора, для получения твердого едкого натра может использоваться одна установка для концентрирования раствора, например, многокорпусная. Аппарат для охлаждения и выдержки раствора может
использоваться в установке согласно фиг.3, конфигурация которой предназначена для одновременного получения двух конечных продуктов - твердого безводного едкого натра и твердого моногидрата едкого натра и т.д. Определяющим критерием, по которому заявляемая установка выгодно отличается от известных устройств, является возможность промышленной кристаллизации едкого натра из растворов, что позволяет существенно снизить рабочую температуру процесса, уменьшить капитальные и производственные затраты, а также повысить качество продукта.