klor-alkali endüstirileri

[lececafe]

KLOR – ALKALİ ENDÜSTRİLERİ
SODYUM KARBONAT, SODYUM HİDROKSİD, KLOR

Üçünün de hemen hemen tümü, sabun ve deterjanlar, elyaf ve plastikler, cam petrokimyasal maddeler, odun hamuru ve kağıt, gübreler, patlayıcı maddeler, çözücüler ve diğer kimyasal madde yapımı için, endüstride kullanılırlar.

SODYUM KARBONAT

Sodyum karbonat (soda, soda külü, Na2Ca2) ............ bir katıdır. Genellikle %99,3 Na2Ca3 içerir.sodyum oksid içeriği temeline göre(genellikle %58 dir) satılır.

SODYUM KARBONAT ÜRETİMİ

Üç farklı üretim şekli il elde edilir.
1. Amonyak- Soda prosesi (Solvay Prosesi)
2. Doğal truna (Na2Ca3.NaHCo3.2H2O) cevherlerinden geri kazanma
3. Doğal alkali tuz çözeltilerinden geri kazanım.

AMONYAK-SODA PROSESİ

1865’de Belçikalı Ernest Solvay tarafından geliştirilip üretime geçildiği için genellikle Solvay Prosesi şeklinde isimlendirilir.
Hammadde: tuz, kireçtaşı ve ..........(veya gaz)tır. Amonyağcı prosesde .................... olarak bakılır.
Solvay Prosesinin Ana Basamakları:
1. Tuz çözeltisinin hazırlanması ve temizlenmesi
2. Amonyak ile doyurma
3. Karbonatlaştırma
4. Çöken NaHCo3 ın süzülmesi, yıkanması
5. NaHCo3 ın kavrulmasıyla Na2Ca3 elde edilişi
6. Amonyağın geri kazanılması


1. Tuz Çözeltisinin Hazırlanması ve Temizlenmesi:
Tuzlu su hazırlanması: Tuz çözeltisi düşük konsantrasyonlarda bulunan Ca ve Mg tuzlarından temizlenmelidir yoksa bunlar amonyak ile doyurma esnasında ...................yüzeylerinde çökerler ve ayrıca Na2Ca3 son ürününde çözünmeyen safsızlıklar meydana getirirler. Ca, sodyum karbonat ile CaCO3 halinde ve Mg da kireç veya sodyum hidroksit ile Mg(OH)2 halinde çöktürülür.
CaSO4+ Na2Ca3  CaCO3+Na2SO4
CaCl2+ Na2Ca3  CaCO3+2NaCl
Ca(CH)2+ Na2Ca3  CaCO3+2NaOH
MgCl2+2NaOH  Mg(OH)2+2NaCl
MgSO4+2NaOH  Mg(OH)2+Na2SO4
Çöktürücü maddelerin ufak bir asırısını kullanmak suretiyle tam çöktürme sağlanır. Tuz çözeltisi, çöktürme maddeleriyle karıştırılır ve sonra çökeltilerin flokülasyonu için orta derecede bir .................yapılır. berrak ve saflaştırılmış tuz çözeltisi, amonyak absorblama basamağına gönderilir.

2. Tuz Çözeltisinin NH3 ile Doyurulması :
Saflandırılmış derişik tuz çözeltisinden, karşıt akım prensibiyle, gaz NH3 geçirilir.
Önce tuz çözeltisinden, vakum süzgeçleri içerisinden çekilen ve içinde az miktar amonyak taşıyan hava geçirilir. Havanın içindeki NH3, tuz çözeltisi tarafından absorblanarak geri kazanılmış olur. Bu yıkama işlemi, dolgu maddeli bir absorblama ünitesinde yapılır. Tuz çözeltisi daha sonra, ikinci bir dolgu maddeli yıkama kolonundan geçilir, ....................ise, karbonatlaştırma kulelerinden çıkan gazların sürükledikleri amonyak ve karbondioksit absorblanarak geri kazanılır.
Yıkama kolonundan çıkan kısmen amonyaklaştırılmış tuz çözeltisi daha sonra, ana NH3 absorblama kolonuna gönderilir. Bu absorblama kolonunun tabanından, NH3 destilleyicisinden gelen gaz NH3 (ve az CO2) verilmektedir. Buna daha önce taze amonyak katılmıştır. NH3 absorblama kolonunda, absorblanma ısısını gidermek için su soğutmalı borulu veya plakalı ısı değiştiriciler kullanılır. Kolonda sıcaklığın 60 C’nin üzerine çıkmasına izin verilmez. Absorblama kolonları kok, seramik, plastik dolgulu kolonlar olabildiği gibi, kampana raflı kolonlarda olabilir.


3.Karbonatlaştırma :
Amonyaklı doymuş tuz çözeltisinin karbonatlaştırılması, genellikle iki kule kullanmak suretiyle yapılır. İlk kuleye
2 NH3 (çöz) + H2O(ℓ)+CO2(g) → (NH4)2 CO3(çöz) reaksiyonu ile amonyağı (NH4)2 CO3 a dönüştürmek için yeterli miktarda CO2 gazı gönderilir. Bu ilk kuleye (ön karbonatlaştırma kulesi) çoğunlukla daha seyreltik CO2 verilir. İlk kule olarak NaHCO3 ile kirlenmiş bir karbonatlaştırma üretim kulesi kullanılır. Bunun tabanından alınan çözelti daha sonra diğer karbonatlaştırma-üretim kulelerinin tepelerine gönderilir. Bu kulelerin tabanlarından yüksek yüzdeli (N%90)CO2 yaklaşık 3 atm basınç altında verilmektedir.
İlk kirlenmiş kulede oluşturulmuş amonyum karbonat ise “ karbonatlaştırma üretim” kulelerinde, amonyum bikarbonata dönüşür ve bu da tuz ile NaHCO3 verir. Sodyum bikarbonat, çalışma şartlarında kristalleşerek ayrılır.
(NH4)2CO3+CO2(g)+H2O(ℓ) → 2NH4HCO3(çöz)
NaCl(çöz)+NH4HCO3(çöz) → NaHCO3(s)+ NH4Cl(çöz)

4.NaHCO3 ın süzülmesi yıkanması :
Suspensiyon, bir döner süzgeçte vakum altında süzülür. Döner süzgeçteki vakum, sodyum bikarbonatı süzüp kurutmaya ve amonyağı geri kazanmaya yarar.

5.NaHCO3 kavrulması ile Na2CO3 elde edilmesi :
Temizlenmiş ham NaHCO3, %14-16 nem ile az miktarda NH4HCO3(%3-3,5) içerir.
2NaHCO2 → Na2CO3+CO2+H2O
Reaksiyonuna göre bir döner kavurma silindirinde (kalsinatör) 175-225ºC lerde kavrulur. Nemli NaHCO3 ‘ün silindirin iç yüzeylerine yapışmaması için buna bir miktar kavrulmuş ürün katılarak nem yaklaşık %7 ye düşürülür. Reaksiyonda elde edilen Na2CO 3, kalsinasyon silindirinden yaklaşık 200-220 ºC de çıkar, döner soğutucularda soğutularak depolamaya gönderilir. Oluşan yan ürün CO2 ise karbonatlaştırma kulesinde kullanılır.

6.Amonyak Geri Kazanılması :
Amonyak soda prosesinin ekonomik başarısı proseste kullanılan amonyağın hemen hemen tamamının geri kazanılmasına bağlıdır.
Amonyağın büyük bir kısmı sodyum bikarbonat süzüntüsünde ve NaHCO3 yıkama suyunda NH4Cl şeklinde ve daha az miktarlarda amonyum hidroksit karbonat, bikarbonat ve karbonat şeklindedir. Ayrıca tuz çözeltisinin amonyakla doyurulması basamağında meydana gelen çamurda da amonyak mevcuttur.
Amonyak içeren bütün çözeltiler ve tortular, amonyak geri kazanma sistemine gönderilirler. Çözeltiler, bir amonyak destileyicisinde (şekil) amonyum karbonat ve bikarbonatı bozundurularak amonyağın serbest hale geçirilmesi için, ısıtılırlar. Ön-ısıtma işleminden önce, korozyonu minimuma indirmek için, sülfür çözeltisi katılabilir. NaHCO3 süzüntüsü, destileyiciyi terk eden gazlar tarafından indirekt olarak ön ısıtılır. Isınmış besleme çözeltisi daha sonra destileyicinin dolgu maddeleriyle doldurulmuş veya kampana raflı olan ana bölüme girer ve burada ısı ile, serbest amonyum bileşikleri (amonyum hidroksit, karbonat, bikarbonat, karbonat) bozundurulur ve aşağıdan gelen su buharı, serbest amonyağın ve karbondioksitin hemen hemen tümünü yukarıya sürükler. Sıcak çözelti, daha sonra iyice karıştırılan ayrı bir kireçleme tankına gönderilir ve burada genellikle kireç sütü (veya susuz kireç) ile reaksiyona sokulur; süzüntüde bulunan bağlı amonyum bileşiği olan amonyum klorür, kireç sütü ile reaksiyona girerek serbest amonyak ve kalsiyum klorür verir. Kireçlenme tankından çıkan ve kalsiyum klorür, sodyum klorür, amonyum hidroksit ve bir miktar kalsiyum hidroksit fazlası içeren sıcak çözelti (reaksiyona girmiş süzüntü), destilleyicinin en alttaki bölümün üst kısmından aşağıya gönderilir. Destilleyicinin tabanından düşük basınçlı su buharı verilmektedir. Su buharı, bu çözeltiden amonyağın hemen tamamını, %0,001 lik bir artık kalabilecek şekilde, sürükleyip yukarıya çıkarır. Yükselen buharlar, daha önce de belirtildiği gibi, dolgu maddeli bölüm içinden yukarıya çıkarak aşağıya akan çözeltiden CO2’ i sıyırıp alırlar. Destilleyici tabanından dışarı alınan “destilleyici kalıntısı” kalsiyum klorür, reaksiyona girmemiş sodyum klorür ve kireç fazlasını içerir ve yoğunlaşan su buharı ve kireci reaksiyona sokmak için kullanılan su ile seyrelmiş bir durumdadır. Destilleyici kalıntısı ayrıca, kireçte bulunan inert solid maddeleri de içerir. Kalsiyum klorür gazı tesislerde, bu çözeltinin bir kısmından geri kazanılır, fakat sınırlı olan kalsiyum klorür gereksinimi dolayısı ile bu çözeltinin çok büyük bir kısmı atılır.



ÇAMAŞIR SODASI Na2CO310H2O

Çamaşır sodası (sodyum karbonat dekalnitrat) sodyum karbonatı sıcaksuda çözmek, çözeltiyi soğutmak ve NaCO310H2O kristallerini ayırmak suretiyle elde edilir. Bu kristaller daha sonra öğütülür.

DİĞER KAYNAKLARDAN SODA ÜRETİMİ

Solvay yöntemi ile tuzdan yapılan soda üretimi, bir çok ülkede doğal soda üretimi ile rekabet edemediği için, gün geçtikçe azalmaktadır.
Günümüzde daha çok, sodyum karbonat içeren minerallerden veya bunların göllerde toplanan çözeltilerinden yapılan soda üretimi yöntemleri öncelik almış görünmektedir.
Mineraller içerisinde en önemli soda cevheri,Trona’dır. Nahkolit ile Dawsonit de bitümlü şistler içerisinde çok önem kazanacak soda kaynakları olarak görünmektedir.
Türkiye’de soda kaynakları olarak şimdilik doğuda Van Gölü ve çevresindeki birkaç göl ve trona cevheri yatakları olarak da Beypazarı(Ankara) depozitleri bilinmektedir.
Doğal sodanın sentetik sodaya nazaran daha ucuza mal edilmesinin başlıca nedeni, sentetik soda üretimindeki :
a) Karbondioksit ve kireç üretimi ve dolayısıyla kok ve kireçtaşı kullanılmasını
b) Tuz çözeltisi sağlanması ve arıtılması ve dolayısıyla tuz kullanılmasını
c) Amonyağın geri kazanılması ve dolayısıyla amonyak kullanılmasını
d) CO2+Tuz çözeltisi + Amonyak → Ham sodyum bikarbonat üretim tesislerini,
ve bu hususlarla ilgili işlemleri ortadan kaldırarak direkt olarak ham sodyum bikarbonata tekabül eden Trona veya benzeri minerallerin yeraltından doğrudan çıkarılmasıdır.





TRONA SAFLANDIRMA PROSESLERİ

Trona bileşimi Na2CO3 . NaHCO3 2H2O olan doğal bir sodyum tuzu mineralidir. Trona cevherini saflandırmak için genellikle iki tip proses vardır.
1) Monohidrat prosesi
2) Sodyum sesquikarbonat prosesi

Monohidrat Prosesi

Trona cevheri, klasik madencilik yöntemleriyle kuru olarak yeryüzüne çıkarılır. Büyük parçalar konkasörden geçirilerek ufalanır. Ufalanmış cevherdeki sesquikarbonat, direkt alevli döner bir fırında 160-200ºC de kavrularak, karbondioksit ve su çıkışı ile bozundurulur.
2Na2CO3 NaHCO32H2O(s) → 3Na2CO3(s) + CO2+ 3H2O
Kavrulmuş kütle, saf olmayan soda olarak, tanklarda su veya seyreltik soda çözeltileriyle karıştırılarak, soda ile birlikte sodyum klorür, sodyum sülfat gibi çözünebilir safsızlıklar çözündürülür. Kil, kalsiyum karbonat içeren kompleks tuzlar ve kabuk .................. ibaret çözünmeyen kısımlar, doygunluğa yakın derişiklikteki sıcak soda çözeltisinden ayrılırlar. Sodyum karbonat kayıplarını azaltmak için bu basamaktan çıkan atık solidler atılmadan önce yıkanır. Süzülmüş çözelti genellikle, çözünür organik bileşiklerin giderilmesi için aktif kömür kulesinden geçirilir; çok tesirli buharlaştırmalı kristalizasyon cihazlarında maksimum 100ºC civarındaki bir sıcaklıkta (monohidratın susuz sodaya geçiş sıcaklığının altında) kristallendirilir.
Kristalizörlerden, safsızlıkları gidermek için, bir boşaltma işlemi yapılabilir. Sodyum karbonat monohidrat kristalleri santrifüj edilerek ayrılır.

Sodyum Sesquikarbonat Prosesi

Trona cevheri kuru madencilik yöntemleriyle çıkarılır, kırıcılarda ufalanır ve bir seri çözündürücüde çözündürülür. Doymuş çözeltinin durulma ve sonra da süzülme ve aktif kömür vasıtasıyla organik bileşiklerden arındırılarak saflandırma işlemlerinden sonra vakum kristalizörlerinde buharlaştırılması ve 40ºC ye soğutulması suretiyle sodyum sesquikarbonat kristalleri oluşturulur. Kristaller santrifüj edilerek ayrılır, ana çözelti çözündürücüleri geri gönderilir. Sesquikarbonat kristalleri, döner kavurucularda yaklaşık 200ºC de, sodyum karbonat, karbondioksit ve su buharına bozundurulur. Susuz soda ürününün hacim ağırlığı yaklaşık 800 kg/m3 dür ve ağır soda üretimi için ikili bir kavurma işlemi gerekmektedir. Kavurmadan sonra soda soğutulur ve depolanır.

GÖLLERDEN SODA ÜRETİMİ

Bunlar, trona için olandan daha karmaşık yöntemlerdir. Çünkü tuzlu suların bileşimi karmaşıktır.
Searles Gölünden Soda Üretimi:ABD’de Kaliforniya’da Searles Gölü’nden, alt ve üst tuzlu su düzeylerine kadar inen kuyulardan, derişik tuzlu su çözeltisi elde edilmektedir. Bu tuzlu sular içinde sodyum karbonata ek olarak daha birçok mineral, çözünmüş bir şekilde bulunmaktadır.
Birinci yöntemde tuzlu su doğrudan doğruya karbonatlaştırma kulesine pompalanır. Bu kulede, kireç fırınından gelen CO2 ile sodyum bikarbonat kristallerine dönüşür, bu kristaller tuzlu su çözeltisinden süzülerek ayrılır, yıkanır kurutulur ve kavrularak sodaya dönüştürülür. Bu yöntemde başlıca yan ürün borakstır.
İkinci yöntem birinciye oranla daha karışıktır. Tuzlu su buharlaştırılır ve Na2CO3 içeren bir çift tuz olan burkeit (Na2CO32Na2SO4) kristalleri çöktürülür. Burkeit, süzülerek tuzlu sudan ayrılır. Tuzlu su, diğer yan ürünler üretimi için başka işlemlere gönderilir. Burkeit tekrar suda çözündürülür ve sodyum sülfatı çöktürmek için soğutulur. ..............tuzu şeklinde çöken sodyum sülfat kristalleri ayrılarak uzaklaştırılır. Daha fazla sodyum sülfat çekmek için NaCl katılır. Sodyum karbonatın çoğunun Na2CO310H2O veya trona şeklinde kristallenmesi için soğutmadan önce aşı olarak çözelti içerisine burkeit katılır. Na2CO310H2O nun kristal suyu buharlaştırılır ve sonuçta sodyum karbonat monohidrat ve bu ürünün de kavrulmasıyla ağır soda elde edilir. Bu yöntemdeki yan ürünler, sodyum sülfat, potasyum klorür ve boraksdır.





alıntıdır....