История и технологии производства соды

Сода впервые была получена в 1793 г. Лебланком, однако пищевая, очищенная сода была изготовлена в 1861 г. Сольвэ.

В конце XVIII и начале XIX в. для получения искусственной соды стали применять способ Леблана, сущность которого заключается в следующем: из поваренной соли действием на нее серной кислотой вначале получали сульфат натрия, затем сульфат натрия сплавляли при высокой температуре с углекислым кальцием и углем. Из полученного сплава соду выщелачивали водой. Раствор затем выпаривали.

Изобретение бельгийским ученым Э. Сольвэ в середине XIX столетия аммиачного способа получения соды способствовало интенсивному ее внедрению в первую очередь в кондитерское дело. Основной способ искусственного получения соды в настоящее время во всех странах — аммиачный способ производства кальцинированной соды, являющейся материалом для получения остальных содовых продуктов. Сначала Франция и Германия использовали соду как технологическую добавку для разрыхления теста с целью увеличения его объема, улучшения качества. Сода делает тесто мягким, пышным, легко усвояемым. С конца XIX-начала XX века соду стали применять другие страны, в том числе Россия.

Добывают соду сейчас промышленным аммиачным способом (способ Сольве).

В насыщенный раствор хлорида натрия пропускают эквимолярные количества газообразных аммиака и диоксида углерода, то есть как бы вводят гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃:

NH₃ + CO₂ + H₂O + NaCl > NaHCO₃ + NH₄Cl.

Выпавший остаток малорастворимого (9,6 г на 100 г воды при 20° C) гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140 — 160° C, при этом он переходит в карбонат натрия:

2NaHCO₃ >(t) Na₂CO₃ + CO₂^ + H₂O.

Образовавшийся диоксид углерода и аммиак, выделенный из маточного раствора на первой стадии процесса по реакции:

2NH₄Cl + Ca (OH)₂ > CaCl₂ + 2NH₃^ + 2H₂O.

возвращают в производственный цикл.

Аммонизация раствора необходима для введения в него углекислого газа, малорастворимого в насыщенном растворе. Выпавший в виде кристаллов бикарбонат натрия отфильтровывают от раствора, содержащего хлористый аммоний и непрореагировавший NaCl, и прокаливают (кальцинируют). При этом происходит образование кальцинированной соды.

Выделяющиеся при кальцинации газы, содержащие углекислоту СO₂, используют для карбонизации. Таким образом, часть затраченной углекислоты регенерируется.

Необходимую для процесса углекислоту получают обжигом известняка или мела. Обожженную известь СаО гасят водой.

Гашеная известь Са (ОН)₂ замешивается с водой. Образовавшееся известковое молоко используют для регенерации аммиака из раствора (фильтровой жидкости), полученного после отделения бикарбоната и содержащего хлористый аммоний.

Для производства соды используют раствор поваренной соли (рассол) концентрации около 310 г/л, полученный в естественных условиях подземным выщелачиванием залежей поваренной соли. В естественном рассоле, помимо NaCl, обычно содержатся соли кальция и магния. При аммонизации и карбонизации рассола в результате взаимодействия этих примесей с NH₃ и СО₂ будут выпадать осадки, что приведет к загрязнению аппаратов, нарушению теплообмена и нормального хода процесса. Поэтому рассол предварительно очищают от примесей: осаждают их, добавив к рассолу строго определенное количество реактивов — суспензии соды в очищенном рассоле и известкового молока. Этот способ очистки называется содово-известковым. Выпавшие при этом осадки гидрата магния и карбоната кальция отделяют в отстойниках.

Очищенный и осветленный рассол поваренной соли направляют в барботажную абсорбционную колонну. Верхняя часть колонны служит для промывки рассолом газа, отсасываемого вакуум-насосом из вакуум-фильтров, и газа из карбонизационных колонн. В этих газах содержится небольшое количество аммиака и углекислоты, которые целесообразно отмыть свежим рассолом и, таким образом, более полно использовать их в производстве. Нижняя часть колонны служит для насыщения рассола аммиаком, поступающим из дистилляционной колонны. Полученный аммиачно-соляной рассол далее направляют в барботажную карбонизационную колонну, где происходит основная реакция превращения исходного сырья в бикарбонат натрия. Необходимая для этой цели углекислота СO₂ поступает из шахтной известково-обжигательной печи и печи кальцинации бикарбоната натрия и нагнетается снизу в колонну.

Карбонизация аммиачно-соляного рассола является важнейшей стадией производства соды. Образование бикарбоната натрия при карбонизации происходит в результате протекания в карбонизационной колонне сложных химических процессов. В верхней части колонны идет образование углекислого аммония из аммиака, содержащегося в рассоле, и углекислоты, подаваемой в колонну.

По мере прохождения рассола в колонне сверху вниз углекислый аммоний, реагируя с избытком углекислоты, поступающей снизу колонны, переходит в двууглекислый аммоний (бикарбонат аммония).

Примерно в середине верхней неохлаждаемой части колонны начинается реакция обменного разложения, сопровождающаяся выпадением кристаллов бикарбоната натрия и образованием в растворе хлористого аммония. В средней части колонны, где идет образование кристаллов бикарбоната натрия за счет экзотермичности реакции, температура рассола несколько повышается (до 60 — 65° C), однако охлаждать его не надо, так как такая температура способствует формированию более крупных хорошо фильтрующихся кристаллов бикарбоната натрия. Внизу колонны охлаждение необходимо для уменьшения растворимости бикарбоната натрия и увеличения его выхода. В зависимости от температуры, содержания NaCl в рассоле, степени насыщения его аммиаком и углекислотой и других факторов выход бикарбоната составляет 65−75%. Практически невозможно полное превращение поваренной соли в осадок бикарбоната натрия. В этом заключается один из существенных недостатков производства соды аммиачным методом.