6 – Leksiya. Karbonizaciya processinin’ teoriyaliq tiykarlari ha’m texnologiуаliq esaрlari

6 – Leksiya.
Karbonizaciya processinin’ teoriyaliq tiykarlari ha’m texnologiуаliq esaрlari

J O B A S I

1. Karbonizasiya prosessinin’ fizikа – ximiyaliq tiykarlari.
2. Karbonizasiya bo’liminin’ texnologiyaliq sxemasi.
3. Karbonizasiya bo’liminin’ u’skeneleri.
4. Karbonizasiya bo’liminin’ texnologiyaliq rejimi.
5. Karbonizaciya processin avtomat tárizde tártiplestiriwdiń principiallıq tiykarları.
6. Karbonizaciya bóliminde miynetti qorǵaw hám qáwipsizlik texnikası.


1. Karbonizaciya processiniń fizika-ximiyalıq tiykarları
Karbonizaciya processinde ammoniylestirilgen sherebege uglerod qos oksidiniń absorbciyalanıwı, qattı fazaǵa natriy bikarbonatı ajıralıp shıǵıwı menen júredi.
Bul process ulıwma tómendegi reakciya menen kórsetiliwi múmkin:

Soda óndirisinde uglerod qos oksidiniń jutılǵan muǵdarı sistemaniń karbonizaciyalaniw dárejesi menen kórsetiledi. sistemadaǵı niń hám ulıwma tiń muǵdarları ushın berilgen procentlik qatnas bolip tabiladi.
Uglerod qos oksidiniń jutılǵan muǵdarı – eritpeniń hám túrindegi shókpe quramındaǵı uglerod qos oksidiniń muǵdariniń summası sıpatında anıqlanadı. Shókpedegi muǵdarı, shókpege túsken ke sáykes keliwshi eritpedegi baylanisqan ammiaktiń – ammoniy xloridiniń koncentraciyası boyinsha anıqlanadı.
Baylanısqan ammiaktiń muǵdarı ulıwma ammiak penen eritpeniń siltiliginiń arasındaǵı ayırmashılıq boyınsha esaplanadı. Eritpeniń siltiligi, niń nıń shókpege túsken muǵdarına sáykes keliwshi muǵdarın kórsetedi:
(siltiligi)
Solay etip, sistemanıń karbonizaciyalanıw dárejesi (% lerde) tómendegi teńleme boyınsha esaplanıwı múmkin:

tı, quramında 2 g-ekv bolǵan, túrinde baylanısqan uglerod qos oksidine qayta esaplaǵanda, muǵdarı eki esege artadı.
Joqarıdaǵı reakciyaǵa (37) muwapıq alıw ushın hám ionları zarur. ionları as duzı dan payda boladı, al ionları – , hám payda bolıwshı ammoniy bikarbonatınan payda boladı.
eki jol menen payda boladı. Ammoniylestirilgen sherebede erigen ammiak suw menen baylanısqan gidratlanǵan túrinde boladı hám erkin halattaǵı penen tómendegi reakciyaǵa muwapıq tásirlesedi:

Karbonizaciya processinde jutılıwshı uglerod qos oksidi penende, penen de tásirlesiwi múmkin. Birinshi jol boyınsha karbamin kislotalı ammoniy, yamasa ammoniy karbamatı payda boladı:

ol suw menen tásirlesedi hám ti beredi:

niń jutılıw shamasına qaray erkin ammiaktiń koncentraciyası páseyedi hám (41) reakciyanıń teń salmaqlılıǵı oń tárepke qaray awısadı, yaǵnıy eritpede nıń payda bolıwı tárepine qaray.
Ekinshi jol – niń penen tásirlesiwin tómendegi reakciya menen kórsetiw múmkin:


Demek, ekinshi jol boyınsha da niń jutılıw shamasına qaray toplanıwı júredi.
Ammoniylestrilgen sherebeni karbonizaciyalaw processiniń basında, yaǵnıy eritpede ele niń muǵdarı az, al erkin halındaǵı tiń muǵdarı kóp bolıp turǵan jaǵdayda process kóbinese birinshi jol menen júredi. Ekinshi jol ammoniylestirilgen sherebeni karbonizaciyalaw processiniń aqırı ushın xarakterli, bul waqıtta – 200 % ke jaqınlasadı.
= 200 % bolǵanda, yaǵnıy 1 n.ú. ke 2 n.ú. tuwra keletuǵın jaǵdayda, barlıq kómir kislotalı duzlar sistemada bikarbonatlar túrinde boladı. Olay bolsa (37) teńlemeni mına túrde jazıw múmkin

Biraq óndirislik sharayatlarda 200 % ke jetpeydi hám ádette 187-193 % ti quraydı.
Ótken ásirdiń 30-jıllarında P.P.Fedotev tárepinen, (44) reakciyaǵa sáykes keliwshi sistemadaǵı teńsalmaqlıq úyrenildi. Process karbonizaciya gazlerinde niń basımı 1 kgs/sm², yamasa 98 kPa bolǵan sharayatlarda ótkerilgen. Usı sistemadaǵı teńsalmaqlılıqtı úyrene otırıp Fedotev, shókpege túsken nıń múmkin bolǵan maksimal shıǵımı, úsh duzǵa – , hám toyınǵan sistemaǵa, sáykes keletuǵınlıǵın anıqladı. (Bul jaǵdayda qattı fazada boladı).
Shókpege túsken nıń (n.ú. lerde) muǵdarınıń dáslepki ǵa (% te) qatnasın kórsetiwshi, natriydiń paydalanıw koefficientinen paydalana otırıp,

Fedotev niń – sistemanıń úsh duzlar menen toyınıwshı sharayatları ushın temperaturaǵa baylanıslı ekenligin anıqladı hám tómendegi nátiyjelerdi aldı:
5 – tablica

Eritpeniń temperatura – sı, ºC	Eritpeniń quramı, n.ú.				, %
0	96,8	80,0	71,2	19,2	73,6
15	105,0	97,2	82,8	28,8	78,8
30	113,8	112,6	95,0	35,2	83,5
32	115,0	114,0	96,5	35,8	84,0
32	–	–	–	–	< 84

Temperatura kóteriliwi menen shama menen 32 ºC qa shekem ósedi, bunnan keyin tómenley baslaydı. Bul – baylanısqan ammiaktiń (baylanısqan tiń muǵdarı qanshelli kóp bolsa, sonshelli joqarı boladı) eriwsheńliginiń artıwı menen baylanıslı. Degen menen niń eriwsheńligi artıwı menen tiń de eriwsheńligi artıp baradı, bul de páseytedi. Keri tásir etiwshi faktler iymek sızıǵında 32 ºC ta maksimumnıń payda bolıwına alıp keledi, hám .

Solay etip, Fedotev ammiakli usılda soda alıwda teoriyalıq jaqtan natriydiń paydalanıw dárejesiniń 84 % ke jetiwi múmkin ekenligin kórsetip berdi. Biraq óndirislik sharayatlarda niń mánisi 75 % ten aspaydı. Bunıń mánisi, aqırǵı eritpe tek penen toyınıwı múmkin boladı, óytkeni eritpe hám menen toyınǵan jaǵdayda, shókpesi, joqarıdaǵı duzlar menen pataslanadı, buǵan jol qoyıwǵa bolmaydı. Onnan qala berse, teńsalmaqlıq halatına erisiw ushın uzaq waqıt talap etiledi, bul óndirislik sharayatlarda ózin-ózi aqlamaydı. Bunnan basqa, niń maksimal mánisine erisiw ushın, yaǵnıy optimal eritpe alıw ushın, karbonizaciya processinde sherebege ammiak hám qattı as duzı qosılıwı kerek boladı. As duzı karbonizaciya processinde hám shókpege túskende eriydi, bul jaǵdayda aqırǵı eritpede ionlarınıń koncentraciyası talap etiliwshi optimal mánisine shekem kóteriledi. Bul zavodta, jol jónekey alınatuǵın, máselen kalciy xloridi cexında, taza as duzı bolǵan jaǵdayda ǵana múmkin, óytpese texnikalıq duzdıń quramında hám ionları boladı hám sonlıqtan jaramsız boladı. Karbonizaciyalıq kolonnaǵa taza as duzı kirgizilgende, bir waqıttıń ózinde qosımsha muǵdarda ammiak kirgiziw zárúr, karbonizaciyanıń aqırına kelip qatnası 1 ge jaqın bolıwı ushın.
Reakciyada (37) berilgen sistemanıń teńsalmaqlı quramın esaplaw ushın, tórt ózgermelini, máselen temperaturanı hám tórt komponentten ( , , hám ) úshewiniń koncentraciyasın yamasa keyingi úshewiniń ishinde birewiniń ornına karbonizaciya dárejesin biliw kerek boladı.
Demek, komponentlerdiń úshewiniń koncentraciyasın bile otırıp, berilgen temperaturada tórtinshi komponenttiń koncentraciyasın esaplaw múmkin. Óndirislik sharayatlarda bunıń ushın teńsalmaqlılıq halatına eriskende shókpege túsken niń muǵdarın hám karbonizaciyalanıw dárejesin (n.ú.) esaplawǵa múmkinshilik beretuǵın, empirikalıq teńleme islep shıǵıldı:

Bul teńleme tómendegi koncentraciyalar (n.ú) shegarasında ámelge asadı:
105 > > 85; 104 > > 80; 30 ºC > > 20 ºC; 200 % > > 180 %;
Joqarıdaǵı teńlemeden (46), dáslepki zatlardıń koncentraciyası artıwı menen shókpege túsiwshi nıń muǵdarı artatuǵınlıǵı kelip shıǵadı. Sonlıqtan soda óndirisinde sherebeni skvajinalardan niń múmkin bolǵan maksimal koncentraciyasında beriwge hám sherebe tazalaw hám ammoniylestiriw bólimlerinde sherebeni suyıltıwdı saplastırıwǵa háreket etiledi. tiń koncentraciyasın asırıw, shókpege niń túsiwi sebebinen shegaralanǵan.
5-tablicadan kórinip turǵanınday, hám dıń optimal koncentraciyasında olardıń qatnası 1 ge teń. Jumıs kolonnalarına ammiaktiń úrleniwin esapqa alǵanda (tájriybe maǵlıwmatları boyınsha, onıń kirgizilgen muǵdarınıń shama menen 15 % tin qurawshı muǵdarı menen) ammoniylestirilgen sherebedegi qatnası 1,10-1,15 qurawı tiyis.
Sistemanıń múmkin bolǵan maksimal karbonizaciyalanıw dárejesine erisiw, hár qıylı teńsalmaqlı sharayatlardaǵı karbonizaciyalawshı gazdegi niń koncentraciyasına baylanıslı. Uglerod qos oksidi karbonizaciyaǵa soda (kalcinaciya) hám hák tasın kúydiriw pechleri bólimlerinen kelip túsedi. Soda pechleriniń gazinde niń koncentraciyası 85-90 kól.% boladı. Ol tolıǵı menen karbonizaciyalawǵa sarplanadı. Bul gazge niń koncentraciyası 33-40 kól.% de bolǵan hák tasın kúydiriw pechleriniń gazi belgili muǵdarda qosıladı. Óndiristegi niń barlıq ısırap bolǵan muǵdarı hák tasın kúydiriw pechleri gazi menen tolıqtırıladı, sonlıqtan qanshelli kóp ısırap bolsa, karbonizaciyaǵa kelip túsiwshi gaz, sonshelli suyıltırılǵan boladı.
Óndiriste niń paydalanıw dárejesi tómendegi teńleme boyınsha esaplanadı:

bul jerde – kelip túsiwshi gazdegi niń ortasha koncentraciyası; – jumıs kolonnalarınan shıqqan gazdegi niń koncentraciyası, kól%.
niń paydalanıw koefficienti óndirislik sharayatlarda 83-88 kól%.
Joqarıdaǵı teńlemeden (46) kórinip turǵanınday, temperatura qanshelli tómen bolsa niń shıǵımı sonshelli kóp boladı. Biraq (46) teńleme 30 ºC tan 20 ºC qa shekemgi temperaturalar shegarasındaǵı ózgerislerde ámelge asadı. Óndirislik sharayatlarda karbonizaciyalıq kolonnanıń suwıtıwshı elementlerine kire beriste suwıtıwshı suwdıń ortasha temperaturası 20-25 ºC boladı, sonlıqtan suspenziyanıń temperaturası 25-30 ºC shegarasında boladı. Solay etip temperatura qanshelli tómen bolsa, qattı fazadaǵı niń shıǵımı sonshelli kóp boladı.
Natriy bikarbonatınıń kristallanıw processi ammoniylestirilgen sherebeni karbonizaciyalawda úlken rol oynaydı. Ol karbonizaciyanıń temperaturalıq rejimin hám karbonizaciyalıq kolonnanıń ónimdarlıǵın anıqlaydı. Kristallardıń sapasına júdá joqarı talaplar qoyıladı; olar ólshemi hám forması boyınsha bir tekli bolıwı tiyis. Usı shártlerdiń orınlanıwınan filtraciya bóliminiń hám soda pechleriniń jumısı, sonday-aq tayar ónimniń – sodanıń sapası baǵınıńqılı boladı. Mayda, balshıq tárizli yamasa ósip ketken kristallar qıyın filtrlenedi hám juwıladı, olar filtrlewshi gezlemeniń sańlaqların tıǵıp taslaydı hám matochnıy eritpeni (ıǵallıqtı) kóp uslap qaladı. Bul kalcinaciyaǵa jıllılıqtıń artıq sarplanıwına hám tayar ónimde ionları muǵdarınıń artıp ketiwine alıp keledi.
Kristallaw processi eki period penen xarakterlenedi: 1) mayda kristall bólekshelerdiń (zarodıshey) payda bolıwı – “kristallanıw orayı” – sistemanıń metastabil halatı, yamasa indukciya periodı; 2) payda bolǵan bólekshelerdiń ósiwi – massalıq kristallanıw periodı. Eki periodlarda kristallardıń ólshemi hám forması processlerdiń júriw tezliginen ǵárezli boladı. Dáslepki periodta qanshelli kóp mayda kristall bóleksheleri payda bolsa aqırǵı kristallar sonshelli kóp alınadı hám olardıń ólshemi sonshelli kishi boladı. Óytkeni kristallıq massanıń belgili muǵdarı kristallardıń úlken sanına bólistiriledi. Sonlıqtan iri kristallardı alıw ushın kristallawdıń baslanǵısh periodında sonday sharayatlar jaratılıwı zárúr, bunda eritpede payda bolıwshı kristall bóleksheleriniń sanı hádden tıs kóp bolmaydı.
Kristall bóleksheleri tek artıqsha toyınǵan eritpelerde payda boladı. Toyınǵan hám toyınbaǵan eritpelerdegi duzlar koncentraciyasınıń ayırması artıqsha toyınıw shamasın xarakterleydi: . (Bul jerde “t.e.” indeksi – nıń teńsalmaqlı emes koncentraciyası, “t.” – teńsalmaqlı koncentraciyası.) Kristall bóleksheleriniń payda bolıw tezligi, demek kristall bóleksheleriniń sanı usı shamaǵa baylanıslı boladı.
Kristallanıw tezligi ulıwma túrde tómendegi teńleme menen kórsetiledi:
, (48)
bul jerde – kristallanıw tezliginiń konstantası, ol tómendegi teńlemeden anıqlanadı:
; (49)
– eritpeniń kristallanıwshı duz benen artıqsha toyınıwı, – temperatura, K.
Temperatura qanshelli tómen bolsa, artıqsha toyınıw sonshelli joqarı hám kristallanıw tezligi sonshelli joqarı ( niń mánisi kemeyedi) bolatuǵınlıǵı málim.
Kristall bóleksheleriniń payda bolıw tezligin páseytiw ushın artıqsha toyınıw shamasın azaytıw kerek, yaǵnıy temperaturanı kóteriw kerek. Sonlıqtan karbonizaciya processinde kristallıq bólekshelerdiń payda bolıw waqtına kelip karbonizaciyalanıwshı eritpeniń temperaturası 60-65 ºC qa shekem (reakciya jıllılıǵı esabınan) kóteriledi. temperaturanıń joqarılawı menen biraz artadı ( nıń ósiwi esabınan), biraq nıń artıqsha toyınıwǵa tásiri nıń tásirin arttıradı, sonlıqtan temperaturanıń joqarılawı menen páseyedi.
Payda bolıp atırǵan bólekshelerdi jánede ósiwi ushın, eritpeni suwıtıw jolı menen hám karbonizaciya jolı menen, yaǵnıy jańadan ionları yamasa molekulaların payda etiw arqalı, artıqsha toyınıwdı uslap turadı. Biraq shókpege natriy bikarbonatınıń túsiw shamasına qaray, yaǵnıy ionlarınıń koncentraciyasınıń tómenlewine qaray, artıqsha toyınıw shaması kemeyip baradı hám karbonizaciyalıq kolonnadan suspenziyanıń shıǵa berisinde nolge jaqınlasadı. Kristallizaciya processinde, jańa kristall bóleksheleriniń sanınıń birden ósip ketiwine alıp keliwshi, artıqsha toyınıw dárejesiniń birden kóterilip ketiwinen qashıw ushın, eritpeni birden suwıtıwdan saqlanıw zárúr. Bul talaplar ásirese dáslepki 30 n.ú. nıń kristallanıwı waqtında, ele artıqsha toyınıw shaması ádewir joqarı bolǵan waqıtlarda júdá áhmiyetli.
nıń kristallizaciyalaw processinde eritpeni áste-aqırın bir qálipte suwıtıw payda bolıwshı kristallardıń durıs ósiwi ushın da zárúr, olar aqır aqıbetinde qısqa cilindrler – “bochkalar” formasına iye bolıwı tiyis. Eritpeni birden suwıtqanda, bunnan kelip shıǵıp, artıqsha toyınıw hám kristallanıw tezligi birden joqarılap ketkende kristallardıń durıs ósiwi buzıladı. Mayda iyne tárizli kristallar payda boladı, olar nadurıs ósedi, “duzlar” dep atalıwshı kristallardı payda etedi. Aldın aytıp ótkenimizdey, bunday kristallar filtrlew waqtında kóp ıǵallıqtı uslap qaladı. Eger suspenziya kolonnadan shıǵa beriste 29-30 ºC qa shekem suwıtılsa, onda karbonizaciyalıq kolonnada jeterli dárejede jaqsı kristallar alınatuǵınlıǵı, ámeliyatta tastıyqlanǵan. Bul jaǵdayda kristallardıń ólshemi 0,1-0,2 mm di quraydı.
Solay etip, kristallardıń sapasına qoyılatuǵın talaplar ulıwma karbonizaciya processiniń temperaturalıq rejimi qatań saqlanıwına májbúrleydi. Bul ásirese kristallanıw oraylarınıń payda bolıw zonasına tiyisli, ol jerde temperaturanıń normadan tómen hátteki azǵana tómenlewi kristallardıń sapasınıń sezilerli dárejede jamanlasıwına alıp keledi.
Karboizaciyalıq kolonnada kristalıq bólekshelerdiń payda bolıw waqtında temperaturanıń joqarılawına, ammoniylestirilgen sherebe menen kelip túsiwshi uglerod qos oksidiniń jutılıwında bólinip shıǵıwshı jıllılıq esabınan hám jutılǵan hám ammiaktiń arasındaǵı reakciya jıllılıǵi esabınan erisiledi, tómendegi teńlikten kórinip turǵanınday:


Kristallıq bólekshelerdiń payda bolıw waqtına shekem jutılǵan uglerod qos oksidiniń muǵdarı, demek, bólinip shıqqan jıllılıqtıń muǵdarı da eritpede aldınnan bolǵan niń muǵdarına baylanıslı boladı, yaǵnıy kolonnaǵa kelip túsiwshi sherebeniń karbonizaciyalanıw dárejesine baylanıslı boladı. Ol qanshelli joqarı bolsa sonshelli kem jutıladı hám krstallıq bólekshelerdiń payda bolıp baslaǵan waqtına sonshelli kem jıllılıq bólinip shıǵadı. Sonlıqtan kolonnaǵa kelip túsiwshi eritpeniń karbonizaciyalanıw dárejesi qanshelli joqarı bolsa, onıń temperaturası sonshelli joqarı bolıwı tiyis. Biraq eritpe temperaturasınıń joqarılawı, sherebeniń ústindegi ammiaktiń teńsalmaqlı basımınıń kóteriliwine alıp keledi, bul kolonnadan shıǵıp ketiwshi gaz benen eritpedegi ammiaktiń úrleniwi kóbeyiwine alıp keledi. Eritpedegi ammiakti úrlew jıllılıqtıń jutılıwı menen baradı, yaǵnıy eritpeniń suwıtılıwı menen baradı:

Karbonizaciyalıq kolonnanıń temperaturalıq rejimi tek kristallarınıń sapasına emes, al uglerod qos oksidiniń jutılıw tezligine de tásir etedi. 43-súwrette uglerod qos oksidiniń jutılıw tezligi kóz qarasınan karbonizaciya processiniń optimal temperaturalıq rejiminiń karbonizaciya dárejesine baǵınıńqılıǵı kórsetilgen.
43-Súwrettegi iymek sızıq niń jutılıw tezligi baǵınıńqilı bolǵan eki faktordı – aktiv komponenttiń tásirlesiwshi fazalar betine diffuziyalanıw tezligin hám karbonizaciyalanıwshı eritpeniń ústinde niń teńsalmaqlı basımın anıqlaydı. Karbonizaciyalanıw dárejesi qanshelli joqarı bolsa, niń teńsalmaqlı basımınıń onıń jutılıw tezligine keri tásiri baslanatuǵın temperatura sonshelli tómen boladı. Sonlıqtan karbonizaciyalanıw dárejesiniń artıwı menen optimal temperaturalar páseyedi.