Impianto e processo solvay

L'IMPIANTO DI ROSIGNANO SOLVAY (*)DESCRIZIONE GENERALE DEL PROCESSO

Produzione del carbonato di sodio

La produzione del carbonato di sodio impiega cloruro sodico (NaCl) e calcare (CaCO3) che si combinano secondo la reazione globale:

NaCl + CaCO3 = Na2CO3 + CaCl2

Per via diretta, questa trasformazione non è possibile ed è, invece, il risultato di diverse tappe successive. In Fig. 17 è illustrato lo schema a blocchi del processo produttivo. L'ammoniaca gassosa, considerata come vettore di CO2, è assorbita nella salamoia depurata (SE - soluzione satura di NaCl).

La salamoia ammoniacale (SA) così ottenuta viene trattata nelle colonne di precipitazione con la CO2. Ne risulta la cristallizzazione del bicarbonato di sodio secondo la reazione:

2NH3 + CO2 + NaCl + H2O = NaHCO3 + NH4Cl

Si tratta di una reazione di equilibrio, che in pratica, limita a meno del 75% la conversione del NaCl. Il solido è separato per filtrazione per essere in seguito...

calcinato secondo la reazione:
2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
Si ottiene in questo modo da una parte il Na₂CO₃, prodotto finito, e dall'altra, il CO₂ che viene riciclato alle colonne di precipitazione.
La fase liquida, che contiene tra l'altro tutto il NH₄Cl stechiometrico rispetto al Na₂CO₃ prodotto, è trattata con la calce per convertire il NH₄Cl in NH₃ secondo la reazione:
2 NH4Cl + Ca(OH)2 → 2 NH3 + 2 H2O + CaCl2
L'ammoniaca libera così ottenuta può essere strippata dalla soluzione con il vapore e riciclata all'assorbimento.
La CO₂ utilizzata alle colonne e la calce utilizzata per la conversione del NH₄Cl in NH₃ sono prodotte ai forni a calce con l'arrostimento del CaCO₃:
CaCO3 → CaO + CO2
La calce è utilizzata sotto forma di latte di calce ottenuta mediante idratazione secondo la reazione:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Le reazioni di estinzione della calce, dell'assorbimento dell'ammoniaca e di precipitazione del Na₂CO₃ sono fondamentali nel processo di produzione.

bicarbonato di sodio sono esotermiche. Le reazioni di cottura del calcare, di calcinazione del bicarbonato di sodio e di rigenerazione dell'ammoniaca sono endotermiche. Il calore viene introdotto o per combustione di coke (ai forni a calce) o con il vapore. Dobbiamo considerare che la maggior parte del calore sviluppato dalle reazioni esotermiche va perso, essendo gli scambi di calore tra reazioni esotermiche e endotermiche marginali. Questo spiega in parte il consumo energetico elevato della fabbricazione del carbonato di sodio. Tutto il procedimento di fabbricazione del carbonato di sodio è continuo. (*) Si ringrazia la Soc. Solvay, e l'Ing. Alessandro Ruffini per aver messo a disposizione il materiale oggetto della presente descrizione. 155

Fig. 17 Dall'esame dello schema globale di fabbricazione possiamo ricordare alcune caratteristiche che fanno della Sodiera un processo dei più complessi: presenza di 3 fasi (solido, liquido, gassoso) doppio ciclo

all'interno della fabbricazione del ciclo dell'ammoniaca, ciclo di CO (per il passaggio da NaHCO3 a Na2CO3), carattere incrostante di alcuni liquidi, fenomeno di cristallizzazione specifico alle miscele gassose NH3-CO2-H2O3-2, il procedimento Solvay produce inizialmente soda leggera (SL), che richiede un trattamento supplementare di densificazione per tramutarsi in soda densa (SD). Le due qualità hanno una composizione chimica identica ma la soda densa è la qualità preferita per la fabbricazione del vetro. Dobbiamo infine ricordare che il processo SOLVAY utilizza delle materie prime molto abbondanti e garantisce comunque la fabbricazione di un prodotto finito di altissima purezza. (*) Nella tabella seguente sono riportate le sigle delle apparecchiature dell'impianto. SIGLA APPARECCHIO ABSB-GV Assorbitore Vuoto Spinto ABSB-VN: Assorbitore Vuoto Normale CB Carbonatatore CC Colonna di Concentrazione CL Colonna di Carbonatazione (CLCB) o di

Bicarbonatazione (CLBI)

CP Compressore

DCB Debicarbonatatore

DPD Depolverizzatore a dischi

DS Distillatore

DT-DCB Detente DCB

DTG Detente Generale

Dti Detente individuale

DV-BIB Dissolvitore BIB

EBVR Silo SODASOLVAY

LFL Filtro

FLB Filtro a nastro

LCL Lavatore Colonna

LPV-GV Lavatore Pompa a Vuoto - Vuoto Spinto

LPV-VN Lavatore Pompa a Vuoto - Vuoto Normale

MEF Motoestrattore filtri a nastro

PG Pompa a gas

PV-DS Pompa a vuoto - distillazione

RF-LF Refrigerante a letto fluido

RGGV Refrigerante gas DS Vuoto Spinto

RGCC Refrigerante gas CCR

GRH Refrigerante gas DS Vuoto normale

RGT-DCB Refrigerante gas DCB

RGT-SHT Refrigerante gas SHT

VRHCD Riscaldatore - Condensatore DS Vuoto Normale

RHSB Riscaldatore- Scrubber

RS 1 Riserva acqua lavaggio tela uscita FLB

RS LCH Riserva latte di calce

RS LFLB Riserva liquido filtro

RS Liq. CL Riserva liquido colonna

RS S¼A Riserva salamoia ¼ Ammoniacale

RS S½A Riserva salamoia ½ Ammoniacale

RS SA Riserva salamoia Ammoniacale

RS SE Riserva salamoia depurata

SB

• ScrubberSB-DCB Scrubber gas DCB
• SB-SHT Scrubber gas SHTV
• SBCL Scrubber ColonnaSHTV-SD Essiccatoio SODASOLVAY
• SHTV-SL Essiccatoio SODASOLVAY L157
• SP SeparatoreTE-FLB Turbo-Estrattore Filtro a nastro
• TGT Cristallizzatore SODASOLVAY
• TP-BIB Trasportatore BIB
• TPE Trasportatore a elica
• TPN Trasportatore a nastro
• TPR Trasportatore Redler
• TR Tramoggia
• TRG Torre di Refrigerazione
• TRG Liq. DS Torre di Refrigerazione Liquido DS
• TRG-PG Torre di Refrigerazione Pompe a Gas
• TS-GL Turbo-soffiante gas lavaggio
• TS-GP Turbo-soffiante gas povero
• TS-GR Turbo-soffiante gas ricco

(*) Gli apparecchi di produzione sono identificati da una sigla. La Procedura SO-XXX fornisce una descrizione sintetizzata delle caratteristiche degli apparecchi. I documenti corrispondenti (vignetta originale, disegni costruttivi, schemi d'impianto, ...) sono archiviati presso l'archivio tecnico Udi.

Operazioni di recupero dell'ammoniaca: L'ammoniaca contenuta nelle acque madri dei filtri (liquido FLB) deve essere recuperata per,

che il liquido filtrato viene riscaldato, l'ammoniaca presente si decomporrà, producendo una soluzione ammoniacale e anidride carbonica gassosa. La reazione chimica è la seguente: 2 NH4HCO3 -> (NH4)2CO3 + CO2 + H2O Inoltre, è importante notare che la solubilità della CO2 nell'acqua è trascurabile.

Che si ha sviluppo di CO, il tasso di carbonatazione dell'ammoniaca₂ (rapporto CO / NH₃) diminuisce, aumentando la solubilità della CO con un effetto ritardante sulla decomposizione dei bicarbonati e carbonati rimasti. In pratica è necessario ricorrere ad uno strippaggio con il vapore.

Per recuperare l'ammoniaca in distillazione, bisogna trattare la soluzione con totalità di latte di calce che permette di convertire l'ammoniaca fissa in ammoniaca libera secondo la reazione: NH₄Cl + Ca(OH)₂ → 2NH₃ + CaCl₂

Essendo importante il tenore in CO del liquido FLB, il trattamento con il latte di calce non può avvenire che dopo uno stripping del CO in modo di evitare la reazione: CO + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + 2OH^-

In generale la presenza di CO nel liquido da trattare con calce è controproducente, perché induce una perdita di CO₂, ma soprattutto un consumo inutile di calce.

La Sodiera dispone di 7 gruppi di distillazione a vuoto.

normale (DS-VN) e di un gruppo a vuotospinto (DS - GV).

Compressione dei gas

Possiamo distinguere 3 tipi di gas :

• GP : gas povero (≈ 40 % vol. CO sul secco); viene introdotto nella parte alta delle colonne di bicarbonatazione - (o colonne “in fabbricazione“). Il gas viene compresso da 2 turbo compressori (di cui uno di riserva) radiali. Queste macchine, a funzionamento continuo, sono costituite da un gruppo turbina a vapore 10 bar ed un compressore.
• GR : gas ricco (≈ 2 % vol. CO sul secco); viene introdotto nella parte bassa delle colonne di bicarbonatazione - (o colonne “in fabbricazione”). Il gas viene compresso da 2 turbo compressori (di cui uno di riserva) radiali .
• GL : gas lavaggio (≈ 40 % vol. CO sul secco); viene introdotto nelle colonne di carbonatazione - (o colonne “in lavaggio”). Il gas viene compresso da un turbo compressore, a funzionamento continuo, costituito da un gruppo turbina a vapore

40 bar e un compressore.

Precipitazione del bicarbonato

La fase durante la quale viene precipitato il bicarbonato di sodio è fondamentale nel processo di produzione del carbonato di sodio.

Dalla quantità di bicarbonato di sodio precipitato a partire da una tonnellata di sale dipende sia la quantità di materie prime da utilizzare, sia il consumo di vapore in distillazione; dalla qualità del bicarbonato dal punto di vista granulometrico dipenderà l'umidità del BIB (Bicarbonato di sodio "brut") uscita FLB e quindi il consumo di vapore necessario per la sua calcinazione.

Un cattivo funzionamento di questo settore perturba i settori a valle (filtri e essiccatoi) e visto il carattere ciclico della fabbricazione rende più precaria ancora la precipitazione del bicarbonato.

Il processo che si svolge durante la precipitazione del bicarbonato è molto complesso e coinvolge simultaneamente fenomeni di trasferimento di materie gas-liquido.

on reazione chimica, di trasferimento di calore e di cristallizzazione. La reazione globale è: CO2 + NaCl + H2O → NaHCO3 + NH4Cl (reazione di base) NH4Cl → NH3 + HCl (reazione di decomposizione) 2 NH3 + CO2 → (NH4)2CO3 + H2O (reazione di neutralizzazione) (NH4)2CO3 + CO2 + H2O → 2 NH4HCO3 (reazione di cristallizzazione) NH4HCO3 + NaCl + H2O → NaHCO3 + NH4Cl (reazione di scambio) In realtà, questa reazione è il risultato di 3 reazioni successive: NH3 + H2O + CO2 → (NH4)HCO3 (reazione di formazione dell'ammonio bicarbonato) (NH4)HCO3 → NH3 + CO2 + H2O (reazione di decomposizione dell'ammonio bicarbonato) NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3 (reazione di neutralizzazione dell'ammoniaca con l'anidride carbonica e l'acqua)