Теоретические основы производства соды

Суммарная реакция имеет следующий вид:

NaCl + NH₃ + CO₂+ H₂O ↔ NaHCO₃ + NH₄Cl (а)

Эта реакция идет в несколько стадий, которые протекают при последовательном насыщении раствора хлорида натрия аммиаком (аммонизация), а затем углекислым газом (карбонизация).

Стадия аммонизации необходима для введения в концентрированный раствор хлорида натрия углекислого газа, который практически не растворим в концентрированном растворе хлорида натрия.

Карбонизация идет в две стадии:

1). Монокарбонизация: 2NH₃ + CO₂ + H₂O ↔ (NH₄)₂ CO₃ (б)

2).Бикарбонизация: (NH₄)₂ CO₃ + CO₂ + H₂O↔ 2NH₄HCO₃ (в)

Далее идет обменное разложение:

NH₄HCO₃ + NaCl ↔ NaHCO₃ + NH₄Cl (г)

Реакция (г) является основной стадией аммиачно-содового процесса и выход основного продукта определяется условиями ее равновесия. Наименее растворимым компонентом является NaHCO₃ . В данных условиях он начинает кристаллизоваться. Кристаллы бикарбоната натрия отфильтровывают и прокаливают. При этом бикарбонат разлагается:

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ ↑

Образовавшийся углекислый газ вновь используют для карбонизации аммиачного раствора. Для восполнения потерь углекислого газа используют газы, образовавшиеся при обжиге известняка:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑ + 178 кДж

Обжиг проводят в шахтных пересыпных печах с воздушным дутьем при температуре в зоне обжига 1100-1200⁰С. В качестве топлива используют уголь. Содержание углекислого газа в образовавшихся газах около 40 %.

Полученная при обжиге известняка известь идет на приготовление известкового молока:

CaO + H₂O ↔ Ca(OH)₂

Известковое молоко необходимо для регенерации аммиака из маточного раствора (фильтровой жидкости), полученного после отделения бикарбоната натрия. Регенерацию проводят дистилляцией фильтровой жидкости, смешанной с известковым молоком:

Ca(OH)₂ + 2NH₄Cl → 2NH₃ +H₂О + CaCl₂

Регенерированный аммиак применяется для аммонизации раствора хлорида натрия, хлорид кальция является отходом данного производства.