Sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn muối ăn

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Lời nói đầu
Trong công nghệ hoá học, từ xưa đến nay soda là một trong những hoá chất
quan trọng được con người sử dụng tử rất sớm. Cùng với sự phát triển ngày càng
mạnh mẽ của ngành hoá chất, soda ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng
rãi vào thực tế.
Đến nay việc khai thác sản xuất và sử dụng soda tự nhiên ở các nguồn có sẵn
ngày càng cạn kiệt. Do vậy con người đã có những ứng dụng khoa học kỹ thuật
vào việc sản xuất soda từ các nguyên liệu rẻ tiền, rễ kiếm trong tự nhiên. Công
nghệ sản xuất soda đã đạt đến đỉnh cao của việc hiện đại hoá quá trình sản xuất,
không những vậy con người còn biết kết hợp sản xuất soda với việc sản xuất ra các
sản phẩm khác như NH
4
CL, CaCl
2

Ở nước ta từ trước đến nay chưa có cơ sở nào sản xuất soda. Do đó việc
nghiên cứu và sản xuất soda từ các nguyên liệu có sẵn là việc hết sức cần thiết bởi
vì ở nước ta có đủ các nguyên liệu để sản xuất soda phục vụ vào đời sống con
người.
Được sự giúp đỡ của thầy cô trong bộ môn Công nghệ các chất vô cơ, đặc biệt
là sự chỉ bảo tận tình của thầy La Thế Vinh em đã nghiên cứu, tính toán cơ bản cho
phân xưởng sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn muối ăn có công suất
200.000 tấn/năm.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3

1
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
PHẦN I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN PHẨM VÀ
PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT SOĐA
I. Giới thiệu chung về sản phẩm soda
Soda là tên thương mại của hợp chất natri cacbonat, một hóa chất cơ bản có
công thức hóa học là Na
2
CO
3
. Đây là

loại muối kết tinh màu trắng ngậm nước hoặc
khan. Nhiệt độ nóng chảy 815
0
C, trọng lượng riêng 2,33 (g/cm
3
). Trọng lượng phủ
đầy 0,5 (g/cm
3
). Soda hoà tan trong nước tốt, khi hoà tan có toả nhiệt. Dung dịch
soda có tính kiềm mạnh, soda kết tinh có thể ngậm nước ở các mức độ khác nhau:
Na
2
CO
3
.H
2

O; Na
2
CO
3
.7H
2
O; Na
2
CO
3
.10H
2
O;
Các loại soda ngậm nước hoà tan nhanh và dễ hơn so với loại khan.
Sản phẩm Soda sử dụng tới 96% sản lượng cho các ngành công nghiệp, còn
lại 4% cho các ngành kinh tế khác, như sử dụng trong hoá chất, luyện kim, dầu mỏ,
trong công nghệ sản xuất gốm sứ, thuỷ tinh, chất tẩy rửa…
II. Các phương pháp sản xuất soda.
II.1. Khai thác soda thiên nhiên
Soda thiên nhiên nằm dưới dạng các dung dịch nước có chứa các muối
khoáng, trong đó có khoáng Na
2
CO
3
hòa tan. Trong các nguồn nước khoáng chứa
soda thì hồ Sirlis thuộc bang California, Mỹ có chứa 4 – 6% Na
2
CO
3
là nguồn khai

thác soda thiên nhiên lớn nhất thế giới do Công ty American Postash and –
Chemical Corp khai thác. Với công suất 160.000 tấn soda/ năm thì phải xử lý trên
4 triệu m
3
nước khoáng, tiêu tốn nhiều nhiệt để bay hơi nước, do đó giá thành sản

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
2
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
phẩm khá cao và khó cạnh tranh trên thị trường hiện nay. Vì vậy, sản xuất soda từ
nguồn muối tự nhiên chỉ chiếm dưới 3% tổng lượng sản xuất hàng năm. Đến thế
kỳ 18 các ngành hoá học phát triển mạnh, nhu cầu sử dụng soda tăng lên, đòi hỏi
số lượng sản xuất và chất lượng sản phẩm tăng lên. Do đó một số phương pháp sản
xuất soda ra đời.
II.2. Phương pháp Le Blanc
Năm 1791 Lêbơlan đưa phương pháp sản xuất soda từ muối ăn, axit sunfuric,
đá vôi. Quá trình sản xuất sođa phải qua các giai đoạn sau:
Chế tạo Na
2
SO
4
từ NaCl và H
2
SO
4

từ phản ứng
2NaCl + H
2
SO
4
= Na
2
SO
4
+ 2HCl
Cô đặc dung dịch HCl, H
2
O, bay hơi ta được tinh thể Na
2
SO
4
.
Nung nóng chảy với CaCO
3
, C theo tỷ lệ:
Na
2
SO
4
: CaCO
3
: C = 1:1:0,5 ta có.
Na
2
SO

4
+ CaCO
3
+ 2C
→
o
t
Na
2
CO
3
+ CaS = 2CO
2
Sản phẩm nung ra khỏi lò gồm hỗn hợp các muối hoà tan: Na
2
CO
3
; Na
2
S;
NaOH và các muối không tan CaS đem nghiền nhỏ, hoà tan trong nước. Khi đó các
muối hoà tan sẽ chuyển vào trong dung dịch. Bã còn lại gồm các chất không tan và
tạp chất được lọc đem chế biến thu hồi lưu huỳnh trong CaS. Nước lọc đem
cacbonat hoá bằng CO
2
để chuyển toàn bộ Na
2
S, NaOH có lẫn trong dung dịch về
dạng cacbonat:
Na

2
S + CO
2
+ H
2
O
→
Na
2
CO
3
+ H
2
S
↑
2NaOH + CO
2

→
Na
2
CO
3
+ H
2
O (sục CO
2
có khống chế)
Dung dịch sau khi cacbonat hoá đem cô đặc sẽ thu được soda tinh thể.
Tái sinh lưu huỳnh:

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
3
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Bã còn lại sau khi lọc chứa chủ yếu CaS đem khuấy vào nước, thổi CO
2
vào ở
áp lực thì lưu huỳnh giải phóng ra dưới dạng H
2
S:
CaS + CO
2
+ H
2
O
→
CaCO
3
+ H
2
S
↑
H
2
S thu được đem đốt nóng trong lò có axit sắt, axit nhôm làm xúc tác sẽ tạo

ra lưu huỳnh nguyên tố để sản xuất axit sunfuric.
Như vậy phương pháp Lêbơlan tuy đã giải quyết được nhu cầu về sử dụng
soda ở thế kỷ 18 nhưng vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm, đó là sản phẩm chưa
tinh khiết, quá trình sản xuất nặng nhọc, kỹ thuật thủ công chưa thể tự động hoá,
chất thải lớn gây ô nhiễm môi trường, hiệu suất phản ứng không cao dẫn đến giá
thành cao, không có cơ hội cạnh tranh.
II.3. Phương pháp Solvay
Năm 1861 Solvay (Kĩ sư người Bỉ) đã phát minh ra phương pháp sản xuất
soda đi từ muối ăn, đá vôi, dùng amoniac là tác nhân chuyển hoá trung gian quá
trình sản xuất tiến hành qua các giai đoạn sau:
Chuẩn bị dung dịch nước muối chứa amoniac. Muối rắn hoà tan và làm lạnh
đạt nồng độ NaCl : 305 – 310 (g/l) ở điều kiện thường, nước muối đó đem hoà tan
NH
3
tới nồng độ NH
3
= 85 ÷ 90 (g/l)
Cacbonat hoá:
Dung dịch bão hoà muối ăn và NH
3
sau amôn hoá đem cacbonnat hoá bằng
CO
2
được NaHCO
3
khi nồng độ NaHCO
3
đạt bão hoà sẽ có kết tinh NaHCO
3
tách

ra.
NaCl + NH
3
+ CO
2
+ H
2
O
→
NaHCO
3
+ Nh
4
Cl
Lọc kết tủa NaHCO
3
đem sấy được sản phẩm soda theo phản ứng:
2NaHCO
3

→
0
t
Na
2
CO
3
+ H
2
O + CO

2


Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
4
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Tái sinh amoniac:
Nước lọc chứa chủ yếu NH
4
Cl, NaCl, chưa phản ứng và một lượng nhỏ
cacbonat amôn. Đem dung dịch này trộn lẫn với sữa vôi đun nóng cho NH
3
bay ra
quay trở lại quá trình ban đầu.
NH
4
HCO
3

→
0
t
NH
3
+ CO

2
+ H
2
O
NH
4
COONH
2

→
0
t
2NH
3
+ CO
2
So sánh hai phương pháp:
So với phương pháp Le Blanc, phương pháp Solvay có nhiều ưu điểm và thực
hiện trong quá trình kín, nguyên liệu dễ kiếm. Quy trình tuy phức tạp nhưng dễ
thao tác, có thể tự động hoá, sản phẩm sạch và có thể khống chế được hiệu suất của
quá trình. Cho tới nay công nghệ sản xuất soda theo phương pháp Solvay vẫn tồn
tại và người ta đã cải tiến công nghệ này theo hai hướng là: Thứ nhất là theo
phương pháp tuần hoàn muối ăn, thứ hai là theo phương pháp tuần hoàn amoniac.
II.3.1. Sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn amoniac
Đây là phương pháp sản xuất soda có tuần hoàn amoniac. Phương pháp này có
nhược điểm là hiệu suất sử dụng nguyên liệu không cao η = 75%. Dung dịch còn
lại sau tái sinh chứa nhiều muối ăn gây mặn cho môi trường xung quanh do vậy đòi
hỏi phải có bãi thải lớn.

Nguy

ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
5
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
II.3.2. Sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn muối ăn
Trong sản xuất soda nếu kết hợp với sản xuất NH
4
Cl thì có thể giảm được
lượng nước thải sản xuất và nâng cao hiệu quả sử dụng muối ăn. Tuy nhiên

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
Amôn hóa
Làm sạch Nung
Nung Tôi vôi
Cacbonat
hóa
Lọc Phân giải
NaCl
Ca(OH)
2
Ca(OH)
2
CaO

C (than)
NH
3
Cặn
Na
2
CO
3
NaHCO
3
CO
2
NH
4
Cl
6
CaCl
2
Đá vôi
Không khí
NaCl
Hình1. Sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn NH
3
NH
3
H
2
O
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp

phương pháp này đòi hỏi muối ăn phải có độ sạch rất cao, theo những phương pháp
sản xuất hiện nay có thể đảm bảo được những yêu cầu về độ sạch trên. Trong đồ án
này ta nghiên cứu phương pháp sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn muối ăn
còn lại trong dung dịch. Trong trường hợp này cần phải có amoniac và cacbonic bổ
sung liên tục, vì vậy sản xuất soda phải kết hợp với nhà máy tổng hợp amoniac. Sơ
đồ sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn muối ăn rất đơn giản vì không cần
bộ phận lò vôi và tái sinh amoniac, chỉ cần bộ phận tách NH
4
Cl ở dạng rắn.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
7
Rửa tháp kết
tinh
Cacbonat
hóa sơ bộ
Trao đổi
nhiệt
Kết tinh lần
2
Lọc Kết tinh lần
1
Lọc bã
Cacbonat
hóa
Lọc bã

Amôn hóa
Nhiệt giải
NH
4
Cl
NaCl
Na
2
CO
3
NH
3
CO
2
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Nguồn tiêu thụ NH
4
Cl là nông nghiệp dùng làm phân bón, NH
4
Cl có hiệu quả
đối với các loại đất đen pha cát, trung tính và kiềm tính, đồng thời có hiệu quả đối
với các loại cây có hạt như lúa mì, củ cải đường, ngô, bông…
Để tách NH
4
Cl ra khỏi dung dịch ta dùng phương pháp diêm tích nhờ muối
rắn NaCl. Thực chất của phương pháp này là dùng muối ăn rắn NaCl bổ sung vào
nước lọc để tăng nồng độ ion Cl
-
trong dung dịch để giảm độ tan của NH

4
Cl.
Phương pháp này nâng cao hiệu suất sử dụng muối ăn, dây chuyền sản xuất
soda đơn giản nhưng vẫn hạn chế đó là đòi hỏi muối ăn NaCl tinh khiết.
Sản xuất soda cùng với NH
4
Cl có thể thực hiện theo chu trình tuần hoàn kín
toàn bộ nếu tất cả nước lọc đưa đi sản xuất NH
4
Cl. Sơ đồ thể hiện trên hình 2.
Để nâng cao hiệu suất tách NH
4
Cl ra khỏi dung dịch. Muốn vậy đem nước lọc
đưa về bộ phận amôn hoá tới nồng độ kiềm tổng đạt 100(đc) để tăng thêm ion cùng
dấu trong dung dịch NH
4
+
. Để giữ amonniac trong dung dịch và tạo muối phân ly
thành ion NH
4
+
trong đó, cần phải cho amoniac kết hợp với cacbonic ở bộ phận
cacbonat hoá tới nồng độ cacbonic 80÷85 (đc). Khi đó trong dung dịch còn lại rất
ít amoniac tự do nên hạn chế khả năng kết hợp với NH
4
Cl tạo phức dễ hoà tan làm
giảm hiệu suất tách NH
4
Cl khỏi dung dịch. Vì vậy mức độ cacbonat hoá nước
muối bão hoà amoniac có ý nghĩa rất lớn (80 ÷ 85). Đồng thời trong chất lỏng đưa

thêm muối có cùng ion Cl
-
là NaCl sẽ làm giảm độ tan của NH
4
Cl. Sau khi bổ sung
thêm NH
4
+
và Cl
-
vào nước lọc rồi đem làm lạnh đến -5÷ - 10
0
C sẽ có NH
4
Cl tách
ra khỏi pha lỏng. Thường chất lỏng sau amon hoá đưa đi rửa kết tinh ở tháp để hoà
tan các muối cacbonat bám trong thành thiết bị.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
8
Hình 2. Sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn muối ăn
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Khi hoà tan muối NaCl rắn và làm lạnh dung dịch sau amôn hoá và cacbonat
hoá thì gần như toàn bộ NH
4

Cl trong dung dịch sẽ kết tinh. Tách NH
4
Cl ra khỏi
pha lỏng sẽ được dung dịch muối ăn bão hoà chứa amoniac đạt yêu cầu đưa đi
cacbonat hoá tiếp tục tạo kết tinh NaHCO
3
trong tháp cacbonat hoá. Nước lọc sau
khi tách NaHCO
3
quay trở lại quá trình tách NH
4
Cl
Phần II
CƠ SỞ LÝ HÓA CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SODA
THEO PHƯƠNG PHÁP SOLVAY
Ι. Amôn hóa nước muối.
Giai đoạn hấp thụ amoniac bằng nước muối có ý nghĩa rất quan trọng về kinh tế
và kỹ thuật.
Về mặt kinh tế đảm bảo khả năng thu hồi toàn bộ khí amoniac và cacbonic từ bộ
phận lọc, rửa và cacbonat hóa đưa lại.
Về mặt kỹ thuật đảm bảo trong dung dịch nước muối phải có một nồng độ NH
3
nhất định phục vụ cho giai đoạn kết tinh, đồng thời làm sạch các ion Ca
2+
,
Mg
2+
trong dung dịch.
Ι.1. Cơ sở quá trình hấp thụ amoniac.
Đặc điểm hấp thụ quá trình amoniac là dùng dung dịch nước muối bão hòa làm

dung môi hòa tan khí amoniac, giữa pha lỏng và pha khí, giữa các chất hòa tan
trong pha lỏng với nhau. Vì vậy quá trình hấp thụ tương đối phức tạp, dưới đây
trình bày quá trình cơ sở hấp thụ NH
3
bằng nước muối bão hòa natri clorua.
Ι.1.1. Động học quá trình hấp thụ kèm theo phản ứng hóa học.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
9
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Amoniac hòa tan trong nước rất tốt và độ hòa tan gần như tỉ lệ thuận với áp
suất. Khi hòa tan trong dung dịch nước muối NH
3
có tham gia phản ứng kết hợp
với nước tỏa ra 1 lượng nhiệt làm dung dịch nóng lên. Phản ứng tổng quát là:
CO
2 +
H
2
O ⇔ NH
4
OH + 486 kcal/ kg NH
3
Thực tế : NH
3 +

xH
2
O → NH
3.
xH
2
O.
Trong hỗn hợp khí đưa về amôn hóa ngoài amoniac còn có lẫn khí cacbonic và
hơi nước với CO
2
ít hòa tan trong nước nhưng dễ kết hợp với amoniac theo phản
ứng.
CO
2
+

2NH
3
⇔ NH
2
COONH
4
+ 16,3 (kcal)
Sau đó cacbonat thủy phân chậm tạo NH
4
HCO
3
:
NH
2

COONH
4
+ H
2
O ⇔ NH
4
HCO
3
+ NH
3
+ 6,6 (kcal)
NH
3
+ NH
4
HCO
3
+ H
2
O ⇔ (NH
4
)
2
CO
3
+ H
2
O + 8,4 (kcal)
Đặc điểm các phản ứng trên là:
Phản ứng hấp thụ có kèm theo phản ứng hóa học nhiệt tỏa ra tương đối lớn

Quá trình hấp thụ có kèm theo phản ứng hóa học của khí với cấu tử trong
dung dịch thì phần cấu tử hoạt động trong dung dịch sẽ chuyển về trạng thái liên
kết các cấu tử tự do hoạt động trong pha lỏng ( chất hấp thụ) sẽ tăng građien nồng
độ khi đó quá trình hoạt động trong lỏng nhanh hơn quá trình hấp thụ.
Hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học liên hệ với tốc độ chuyển chất xác định
bằng phương trình:
w
A
= F.∆β = β’.F.( ∆’+δ)
Trong đó :
∆, ∆’: Lực hấp thụ khi có và không có phản ứng
β: Hệ số chuyển chất trong pha lỏng khi có phản ứng hóa học.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
10
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
β’: Hệ số chuyển chất trong pha lỏng khi không có phản ứng hóa
học.
F: Bề mặt tiếp xúc pha.
δ: Đại lượng thể hiện lực hấp thu tăng trong pha lỏng khi có phản
ứng.
Quá trình hấp thụ được nghiên cứu qua các phương trình động học là quá
trình phức tạp. NH
3
là khí dễ hòa tan và có độ hòa tan lớn. CO

2
là khí khó hòa tan
và có độ hòa tan nhỏ. Nhưng CO
2
có trong dung dịch amôn hóa làm giảm áp suất
hơi cân bằng của NH
3
trên bề mặt dung dịch, nghĩa là thúc đẩy quá trình NH
3
. Mặt
khác NH
3
có trong dung dịch là động lực chính trong quá trình hấp thụ CO
2.
Ι.1.2. Cân bằng pha khi hấp thụ.
Để tính toán cân bằng trong quá trình amon hóa người ta có thể dùng công
thức thực nghiệm hoặc bằng phương pháp đồ thị. Có thể dùng công thức Turkhan
để xác định áp suất hơi cân bằng của NH
3
.

Trong đó
P
NH3
: Áp suất hơi cân bằng khi có phản ứng hóa học của NH
3
(mmHg).
A: Nồng độ NH
3
trong dung dịch (đc).

T: Nhiệt độ của dung dịch (
o
K)
n, C: Hằng số phụ thuộc vào nồng độ của CO
2
trong dung dịch.
Bảng số liệu thực nghiệm sau:
[ CO
2.
](N)
0 1 2 3 4
N 1.,13 1,31 1,83 2,50 3,30
C 5,67 5,08 4,13 2,65 1,85

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
11
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Trong quá trình hấp thụ nồng độ NaCl biến đổi rất nhỏ do ảnh hưởng rất
nhỏ tới cân bằng của hệ. Vì vậy quá trình amôn hóa coi cân bằng của hệ gồm 3 cấu
tử: NH
3
- CO
2
- H
2

O.
Ngoài ra áp suất hơi nước cân bằng trong pha khí trên dung dịch hấp thụ tính
theo công thức:
P
H2O
=P
0
.(1 – 0,82. C
NaCl
– 1,5. C
NH3
+ 0,1 . C
CO2
)
Trong đó :
P
0:
Áp suất hơi nước trên nước nguyên chất (mmHg).
C
NaCl,
C
NH3,
C
CO2
Nồng độ các cấu tử tương ứng( kg/kg dd).
Khi amon hóa dung dịch nước muối, hơi nước ngưng tụ làm cho thể tích
dung dịch sau amon hóa tăng khoảng 3-4% khi đó nồng độ NaCl giảm. Để làm
giảm độ pha loãng của dung dịch nước muối sau amôn hóa, khi tái sinh trước hấp
thụ phải làm lạnh trong thiết bị làm lạnh khí tái sinh. Nhiệt độ làm lạnh khí bị giới
hạn do khả năng tạo muối amôn cacbonat kết tinh trong pha khí t

o
khí
< 55
0
C. Muối
rắn amôn cacbonatcó nồng độ CO
2
, NH
3
trong pha khí cao hơn nồng độ cân bằng
CO
2
, NH
3
trong dung dịch bão hòa.
Ι.1.3. Qúa trình công nghệ:
Trong quá trình chuẩn bị nước muối có chứa amoniac hòa tan trong đó nhằm
phục vụ cho quá trình cacbonat hóa về sau phải thỏa mãn một số yêu cầu kỹ thuật
về phẩm chất nước muối và tổn thất nguyên liệu. Vì vậy quá trình amôn hóa phải
nghiên cứu các vấn đề sau:
Ι.1.3.1. Giảm độ bay hơi của amoniac và tinh chế nước muối.
Trong khí đưa sang hấp thụ ngoài NH
3
còn CO
2
, H
2
O, chính vì có CO
2
trong

hỗn hợp khí nên chúng có khả năng kết hợp với CO
2
ngay trong pha khí để tạo

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
12
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
muối amon cacbonat. Phản ứng giữa CO
2
và amoniac tiến hành rất nhanh nhưng rất
dễ bị phân giải ngược lại, còn trong pha lỏng thì khả năng phản ứng cũng nhanh và
tạo các hợp chất bên trong dung dịch, amon cacbonat, amôn bicacbonat tùy theo
nồng độ CO
2
trong hỗn hợp khí. Như vậy trong hỗn hợp khí đưa qua hấp thụ có
chứa CO
2
có khả năng làm giảm độ bay hơi của amoniac khỏi dung dịch. Nguyên
nhân chủ yếu là làm giảm áp suất cân bằng của amoniac trên dung dịch hấp thụ là
một phần amoniac đã liên kết với CO
2
tạo muối hòa tan có áp suất hơi nhỏ. Phần
NH
3
tự do ít đi so với khi không có CO

2
trong dung dịch.
Khi không có CO
2
trong hỗn hợp khí:
lgP
NH3
=
T
1750−
+1,13.lgA + 5,67
A: Nồng độ amoniac trong dung dịch (đc).
T: Nhiệt độ của dung dịch (
o
K).
n, C : Hằng số phụ thuộc nồng độ CO
2
trong dung dịch.
Khi hấp thụ khí có chứa hỗn hợp CO
2
và amoniac thì trong nước muối còn có
phản ứng CO
2
, NH
3
và Ca, Mg còn lại sau làm sạch. Kết quả là sẽ tạo các hợp chất
kết tủa bám trên thành tháp hấp thụ
CaSO
4
+ 2NH

3
+ CO
2
+ H
2
O ⇔ CaCO
3
↓ + (NH
4
)
2
SO
4.
MgSO
4
+ 2NH
3
⇔ Mg(OH)
2
↓ + (NH
4
)
2
SO
4.
CaCl
2
+ 2NH
3
+ CO

2
+ H
2
O ⇔ CaCO
3
↓ + 2NH
4
Cl.
MgCl
2
+ 2NH
3
+ 2H
2
O ⇔ Mg(OH)
2
↓ + 2NH
4
Cl.
Như vậy yêu cầu làm sạch nước muối trước khi hấp thụ rất cần và quan
trọng. Chính vì vậy giai đoạn hấp thụ còn giúp cho quá trình làm sạch và tinh chế
nước muối.
Ι.1.3.2.Quan hệ giữa nồng độ amoniac và muối ăn.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
13

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Nồng độ amoniac và NaCl trong dung dịch sau hấp thụ rất quan trọng trong
quá trình cacbonat hóa và nó ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ sử dụng nguyên liệu.
Vì vậy nồng độ NaCl đưa vào công đoạn hấp thụ không cho phép nhỏ hơn 306 ÷
310(g/l). Trong quá trình hấp thụ nồng độ muối ăn giảm nhiều so với ban đầu, do
thể dung dịch sau hấp thụ tăng lên, và giảm độ hòa tan của NaCl.
Thể tích dung dịch sau hấp thụ tăng lên do hỗn hợp khí đưa vào tháp hấp thụ
có chứa CO2. Không thể làm lạnh quá 55°C được vì sẽ có các tinh thể (NH
4
)
2
CO
3
tạo ra gây tắc đường ống. Như vậy sẽ kéo theo một lượng hơi nước tương ứng với
áp suất hơi bão hòa của nó. Lượng hơi nước này khi tiếp xúc với dung dịch nước
muối sẽ ngưng tụ làm tăng thể tích dung dịch lên khoảng 4% so với ban đầu ngoài
ra NH
3
hòa tan không những làm tăng thể tích dung dịch mà còn làm giảm độ hòa
tan của NaCl, với nồng độ NH
3
trong dung dịch đạt 80(g/l) thì thể tích dung dịch
tăng 12%.
Hình sau biểu diễn quan hệ giữa độ hòa tan của NaCl với NH
3
trong dung dịch ở
các nhiệt độ khác nhau.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
14
0
10
20 30
40 50 60
70
80
90 100
110
80
90
100
110
Nồng độ NaCl (đ.c) →
20
0
A
A
1
60
0
B
1
B
Đồ thị quan hệ độ hòa tan của muối với nồng độ NH

3
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Khi nhiệt độ tăng lên 60°C độ hòa tan của muối ăn tăng lên, do đó với nồng
độ amoniac 60(đc) (điểm A) thì nồng độ muối ăn tăng lên 101,75°(đc) còn khi
[NH
3
] tăng lên 100(đc) thì nồng độ NaCl bằng 93,1(đc).
Độ hòa tan của muối trong dung dịch tỉ lệ nghịch với nồng độ amoniac. Vì
vậy nếu nồng độ amoniac cao quá thì muối ăn sẽ bị tách ra cùng với NH
4
HCO
3
khi
cacbonat hóa làm giảm hiệu suất sử dụng amoniac. Ngược lại nếu bảo đảm nồng
độ muối ăn như ban đầu thì nồng độ amoniac hấp thụ phải nhỏ, khả năng tạo muối
trung gian trao đổi ít, giảm mức độ sử dụng muối ăn.
Chính vì vậy phải chọn nồng độ muối ăn như ban đầu thích hợp để sau khi
amôn hóa do hiện tượng tăng thể tích dung dịch và giảm độ hòa tan của muối mà
nồng độ muối vẫn gần trạng thái bão hòa, còn nồng độ NH
3
đạt giá trị thích hợp
nhất. Chọn:

)15,11,1(
][
][
3
÷=
−

Cl
NH
(theo độ tiêu chuẩn)
Nếu tỷ lệ trên nhỏ hơn 1, lượng amoniac vẫn thỏa mãn điều kiện sản xuất
nghĩa là nồng độ muối ăn cao, kết quả là có một số muối ăn sẽ bị tách ra dưới dạng
kết tủa sẽ lẫn với bán sản phẩm làm giảm độ tinh khiết của sản phẩm. Tỷ lệ 1 là
thích hợp nhất, bởi vì khi đó cứ 1 độ chuẩn amoniac sẽ có khả năng tạo muối trao
đổi với 1 độ chuẩn muối ăn để tạo bán sản phẩm natri cacbonat khi cacbonat hóa.
Khi sản phẩm phải lấy nồng độ amoniac cao hơn so với lý thuyết do có sự tổn
thất NH
3
nên thường lấy nồng độ amoniac cao hơn Clo từ( 1- 2) độ chuẩn. Nhưng
không lấy nồng độ amoniac cao quá làm giảm hiệu suất chuyển hóa muối ăn vì có
khả năng muối kết tủa amôn bicacbonat tách ra khỏi dung dịch ở giai đoạn
cacbonat.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
15
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Ι.1.3.3. Kết tủa tạo thành khi hấp thụ.
Trong quá trình hấp thụ NH
3
bằng nước muối có các phản ứng hóa học xảy ra
giữa NH
3

, CO
2
và một số muối hòa tan trong dung dịch. Kết quả phản ứng hóa học
tạo ra một số muối kém hòa tan và tách ra khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa muối
đơn giản. Quá trình làm việc lâu dài thiết bị hấp thụ sẽ tích lũy và tạo hỗn hợp
muối kép. Đối với muối biển thì khả năng bám kết tủa vào thành thiết bị càng lớn.
Vì vậy khi chọn thiết bị hấp thụ phải căn cứ vào đặc điểm nguyên liệu đem dùng.
Phân tích thực tế thành phần của kết tủa thấy chúng có thành phần như sau:
NaCL =19,152% NaHCO
3
= 34,694% MgSO
4
= 0,785%
MgCO
3
=0,105% CaCO
3
= 27,637% FeS = 16,48%
Fe
2
O
3
= 0,01% Al
2
O
3
= 0,221% (NH
4
)
2

SO
4
= 0,299%
Còn lại các chất không tan 0,165%, ẩm 0,35%.
Tính theo phân tử lượng được MgCO
3
: NaCL : Na
2
CO
3
= 1: 1: 1 và kết tủa
tạo thành chủ yếu là 3 muối : MgCO
3
, NaCL, Na
2
CO
3
.
Nếu nồng độ khí NH
3
và CO
2
loãng trong dung dịch sẽ tạo muối đơn kết tủa
MgCO
3
. 3 H
2
O, ngược lại sẽ tạo muối kép MgCO
3
. Na

2
CO
3
. 4 H
2
O hoặc muối ba :
MgCO
3
. Na
2
CO
3
. NaCL. Trong dung dịch amoniac nếu có khí cacbonic tham gia
thì magie kết tủa dưới dạng cácbonát.
Nếu nồng độ khí NH
3
và CO
2
loãng, trong dung dịch sẽ kết tủa muối đơn
MgCO
3
. 3 H
2
O. Khi nồng độ khí amoniac và cacbonic cao dung dịch hấp thụ được
nhiều hỗn hợp khí đó sẽ kết tủa muối kép MgCO
3
. Na
2
CO
3

. 4 H
2
O hoặc 3 muối
MgCO
3
. Na
2
CO
3
. NaCL.
Ngoài khí amon hóa nước muối còn có kết tủa của 1 số muối canxi, magie
chưa lắng xuống ở thùng chứa đưa sang thiết bị hấp thụ cũng bám vào thành tháp
và ống chuyển nhiệt bên trong tháp. Nếu làm lạnh dung dịch sau hấp thụ dưới

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
16
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
30°C khả năng tạo kết tủa đó càng lớn. Vì vậy nước muối sau hấp thụ không được
làm lạnh dưới 30°C.
Ι.1.3.4. Sử lý nhiệt sau hấp thụ.
Quá trình hấp thụ có xảy ra phản ứng hóa học giữa NH
3
với nước trong dung
dịch và NH
3

với CO
2
lẫn trong dung dịch. Kết tủa các phản ứng đó có kèm theo
hiệu ứng nhiệt.
NH
3
+ 2H
2
O ⇔ NH
4
OH + 468 (kcal/kg NH
3)

2NH
3
+ CO
2
+ H
2
O ⇔ NH
4
COONH
4
+ 16850 (kcal/kg CO
2)
Ngoài ra còn có nhiệt ngưng tụ của hơi trong hỗn hợp khí vì vậy nhiệt độ của
dung dịch nước muối tăng lên 60÷ 65°C, nếu không làm lạnh dung dịch thì
amoniac khó hấp thụ và không đạt yêu cầu. Khi hiệu suất làm lạnh kém thì dung
dịch nóng tạo điều kiện cho amoniac thoát khỏi dung dịch khi làm lạnh cũng ảnh
hưởng đến các tạp chất kết tủa trong dung dịch chúng sẽ bám vào bề mặt thiết bị

làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc. Vì vậy trong quá trình hấp thụ phải tìm cách
lấy nhiệt đi và làm lạnh liên tục. Chế độ làm việc của các thiết bị phụ thuộc rất
nhiều vào chế độ nhiệt do đó khó khăn chủ yếu là làm lạnh dung dịch.
Mục đích của quá trình này là chế tạo ra bán thành phẩm trung gian NaHCO
3
.
Vì vậy nhiệm vụ chính ở đây là hấp thụ CO
2
bằng dung dịch muối có chứa NH
3
để
có thể tiến hành phản ứng trao đổi giữa muối amôn cacbonat với natri clorua trong
dung dịch.
ΙΙ. Cơ sở lý luận của quá trình cacbonat hóa.
ΙΙ. 1. Cơ chế phản ứng.
Thực chất là phản ứng giữa khí hòa tan trong nước muối CO
2
tạo kết tủa
NaHCO
3
theo phản ứng tổng quát:

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
17
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp

NH
3
+ CO
2
+ H
2
O + NaCl ⇔ NaHCO
3
↓+ NH
4
CL
ion HCO
3
−
tạo ra do phản ứng:
NH
3
+ CO
2
+ H
2
O ⇔ NH
4
HCO
3
Để tạo NaHCO
3
có thể giả định qua 2 cách:
Cách 1:
Giai đoạn 1: NH

3
+ CO
2
⇔ NH
4
COONH
2
(1)
Phản ứng diễn ra ngay trên bề mặt tiếp xúc pha lỏng – khí
Giai đoạn 2: NH
4
COONH
2
+ H
2
O ⇔ NH
4
HCO
3
+ NH
3
(2)
NH
3
thoát ra lại tiếp tục tác dụng với CO
2
, quá trình cứ lặp lại như vậy trong
suốt thời gian cácbonát hóa.
Theo mức đọ hấp thụ CO
2

mà [NH
3
] tự do giảm dần, phương trình (2) chuyển
từ trái sang phải
Cách 2:
Tạo NH
4
HCO
3
không qua cácbonát:
2NH
4
OH + CO
2
⇔ (NH
4
)
2
CO
3
+ H
2
O
(NH
4
)
2
CO
3
+ CO

2
+ H
2
O ⇔ NH
4
HCO
3
Nồng độ NH
4
HCO
3
tạo thành tăng theo mức độ hấp thụ CO
2

NH
4
HCO
3
+ NaCl ⇔ NaHCO
3
↓+ NH
4
CL
2NaHCO
3
+ NH
4
OH ⇔ Na
2
CO

3
+ (NH
4
)
2
CO
3
+ H
2
O
ΙΙ. 2. Động học quá trình kết tinh NaHCO
3.
Kết tinh NaHCO
3
phải có yêu cầu:
• Tinh thể NaHCO
3
phải có kích thước khá lớn 100→ 200 µm.
• Tinh thể có kích thước đồng đều.
• Sản phẩm kết tinh phải tơi xốp để dễ lọc và phân giải.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
18
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Ghi chú: 1. Quá bão hòa lớn

2. Quá bão hòa nhỏ
t
c
. Thời gian cảm ứng

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
2
I
b
II
c
a
C
O
t
c
t (phút)
III
1
Đồ thị đặc trưng biến đổi nồng độ theo thời gian kết tinh
19
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Quá trình kết tinh chỉ có thể xảy ra khi nồng độ các muối đạt giá trị quá bão
hòa. Nồng độ quá bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ cao, độ hòa tan các
muối càng lớn, khi làm lạnh hoặc cho bay hơi dung dịch, sẽ có một lượng muối kết

tinh tách khỏi dung dịch.
Nếu quá bão hòa lớn có thể có khả năng tạo ra và hòa tan 1 số mầm, kết quả
tinh thể phát triển không đều hạt lớn, hạt nhỏ.
Phổ biến nhất là đường cong kết tinh loại 2.
Khu vực Ι: Từ a→b: Ứng với giai đoạn cảm ứng, trong giai đoạn này nồng độ
không biến đổi.
Khu vực ΙΙ: Từ b→c: Quá trình kết tinh nhanh,
t
c
∆
∆
tương đối lớn. Sau thời
gian cảm ứng hầu như toàn bộ kết tủa hình thành .
Khu vực ΙΙΙ: Từ c trở đi ứng với giá trị quá bão hòa dư và tái kết tinh.
Thời gian cảm ứng:
lg
cu
τ
=
B
C
C
T
MA
q
−
232
22
lg

ς
σ
Trong đó:
A, B: Các hằng số đặc trưng lượng pha rắn tạo ra.
M: Khối lượng một phân tử.

ς
: Tỉ trọng chất kết tinh.
σ: Năng lượng bề mặt riêng.
T: Nhiệt độ kết tinh.
C
q
và C: Nồng độ quá bão hòa và bão hòa.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
20
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Sau khi tạo mầm bền vững trong dung dịch quá bão hòa thì trên bề mặt mầm
bắt đầu tích tụ các chất hòa tan để thực hiện quá trình phát triển và lớn lên của
mầm, tạo ra các tinh thể tách khỏi dung dịch.
Quá trình kết tinh NaHCO
3
có ý nghĩa quan trọng khi cacbonat hóa, vì nó xác
định chế độ nhiệt và năng suất thiết bị cacbonat hóa. Do đó cần khống chế giai
đoạn bắt đầu kết tinh. Khi tăng nhiệt độ ở giai đoạn tạo mầm kết tinh sẽ giảm tốc

độ kết tinh do đó giảm số mầm kết tinh làm chất lượng tinh thể lớn, đồng đều.
Vì vậy trong sản xuất nhiệt độ khu vực mầm kết tinh giữ 60÷ 65°C, nhiệt này
do nhiệt hấp thụ tỏa ra.
Để đảm bảo mầm kết tinh tạo ra phát triển đồng đều phải giữ ổn định giá trị
bão hòa, do đó ở giai đoạn phát triển tinh thể cần phải giảm nhiệt độ, đồng thời
tăng nồng độ CO
2
.
Nếu giảm nhiệt độ đột ngộ,t sẽ tăng giá trị quá bão hòa so với giảm nhiệt độ
từ từ. Tốc độ hấp thụ CO
2
lớn làm tăng sự quá bão hòa trong cùng điều kiện làm
lạnh, làm tăng số mầm tinh thể dẫn đến giảm kích thước tinh thể. Vì vậy phải tăng
nồng độ CO
2
và giảm nhiệt độ dung dịch 1 cách từ từ để tránh quá bão hòa đột ngột
khi cần tăng cho đủ số mầm kết tinh.
Tốc độ kết tinh NaHCO
3
khi cacbonat hóa phụ thuộc giá trị quá bão hòa kết
tinh và nhiệt độ thể hiện dưới dạng:
W
K
= k( C
NH3
− C
0
NH3
)
W

K
: Tốc độ kết tinh NaHCO
3
[đc/phút].
k: Hằng số tốc độ kết tinh: Phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình:
lgk =
504,1
724
+−
T
[ 1 – 107]
C
NH3
: Nồng độ NH
3
ở dạng NH
4
CL khi cân bằng (đc)

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
21
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
C
0
NH3

: Nồng độ NH
3
ở dạng NH
4
CL khi không cân bằng (đc)
ΙΙ.3. Cân bằng trong quá trình cacbonat hóa dung dịch nước muối bão hòa
amoniac.
NaCl + NH
4
HCO
3
⇔ NaHCO
3
+ NH
4
CL
Cân bằng trong pha lỏng:
Đặc trưng cho hệ tương tác là hệ số sử dụng Natri U
Na
và U
NH3
.
U
Na
=
%100.
][
][][
−
+−

−
Cl
NaCl

Thực tế U
Na
= 85%

%.100.
][
][][
34
3
−
−+
−
=
Cl
HCONH
U
NH

Mức độ sử dụng U
Na
max ứng với dung dịch nước cái khi kết thúc cacbonat
hóa.
Mức độ cacbonat hóa R
c
:

a
db
R
c
+
=
2

b: Nồng độ amoinac liên kết, (đc).
d: Nồng độ amoinac tổng liên kết, (đc).
a: Nồng độ amoinac tổng, (đc).
Khả năng hấp thụ CO
2
được xác định qua mức độ cacbonat hóa, nghĩa là một
độ chuẩn amoniac tổng có thể hấp thụ được bao nhiêu độ chuẩn cacbonic.
Theo phương trình thì nếu tăng nồng độ các chất ban đầu tham gia phản ứng
thì lượng kết tủa NaHCO
3
tăng lên.Vì vậy trong sản xuât cố gắng tăng nồng độ
NaCl.
Thành lập hai phương trình thể hiện hằng số cân bằng của các phản ứng tồn
tại khi cacbonat hóa đạt cân bằng:

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
22
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa

§å ¸n tèt nghiÖp
NH
4
CO
2
NH
2
+ 2H
2
O NH
4
HCO
3
+ NH
4
OH.
k
1
: Hệ số cân bằng.
K
1
=
[ ] [ ]
[ ]
224
433
NHCONH
OHNHHCONH

.67,1

395
lg
1
+−=
T
k

NH
4
HCO
3
+ 2H
2
O ( NH
4
)
2
CO
3
+ H
2
O
k
2
=
(
[
)
]
[ ][ ]

OHNHHCONH
CONH
434
3
2
4

21
3
.
1
kk
k =


])[(
][
324
224
3
CONH
NHCONH
k =


.29,5
1322
lg
3
+−=

T
k
Cân bằng trong pha khí:
Trong dung dịch cacbonat hóa thì trên pha khí sẽ có các cấu tử NH
3
, CO
2
,
H
2
O.
NH
2
CO
2
NH
4
+ H
2
O ⇔ NH
4
HCO
3
+ NH
3
.
Theo thời gian mức độ CO
2
chuyển vào dung dịch tăng do đó áp suất riêng
phần của CO

2
trên bề mặt pha lỏng tăng dẫn đến khả năng hấp thụ CO
2
giảm dần,

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
23
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
tốc độ tạo tinh thể giảm dần. Để tăng tốc độ quá trình cabonat hóa ở cuối quá trình
thì nồng độ CO
2
cần phải cao.
[CO
2
]
đầu
= 34÷ 35%
[CO
2
]
cuối
= 65÷ 75%
Theo thời gian nhiệt độ dung dịch tăng dần, để hấp thụ tốt cần hạ thấp nhiệt
độ dung dịch bằng làm lạnh.
t°

cuối
= 28 ÷ 32°C
ΙΙ.3.1. Công nghệ sản xuất.
Đặc điểm của quá trình cacbonat hóa:
Quá trình cacbonat hóa thực hiện phản ứng giữa CO
2
với NH
3
hòa tan trong
nước muối để tạo kết tinh NaHCO
3
tách khỏi dung dịch. Phản ứng xảy ra chủ yếu ở
trên bề mặt tiếp xúc giữa chất lỏng và chất khí để tạo muối trung gian amôn
cacbonat. Sau đó cacbonat thủy phân trong pha lỏng để tạo muối NH
4
HCO
3
và khí.
NaCl + NH
4
HCO
3
⇔ NaHCO
3
↓ + NH
4
CL.
Khi 80% < R
c
< 120% thì kết tinh NaHCO

3
. Khi kết tinh NaHCO
3
tách ra khỏi
dung dịch thì quá bão hòa mất dần. Vì vậy muốn đạt hiệu suất tách NaHCO
3
cao,
mức độ sử dụng NaCl lớn ta phải chọn điều kiện để quá trình cacbonat hóa đạt gần
tới tối ưu. Phản ứng tiến tới cân bằng U
Na
đạt giá trị xác định.
ΙΙ.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng phản ứng:
NaCl + NH
3
+ CO
2
+ H
2
O ⇔ NaHCO
3
+ NH
4
Cl
ΙΙ.4.1. Ảnh hưởng nồng độ NaCl và NH
3
trong dung dịch đầu
Nhiệt độ nồng độ các chất phản ứng càng cao và tỉ lệ phân tử NH
3
và NaCl
càng gần nhau thi hiệu suất sử dụng U

Na
càng cao.
Lý thuyết U
Na
≈ 94%. , thực tế U
Na
≤ 75%.

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
24
Trêng §¹i häc B¸ch Khoa
§å ¸n tèt nghiÖp
Sở dĩ trong thực tế đạt thấp như vậy vi dung dịch cabonat hóa không đạt thành
phần tối ưu, nghĩa là chưa bão hòa được cả 3 muối NaHCO
3
, NH
4
CL, NH
4
HCO
3
.
Vì nồng độ tối ưu phải bổ sung NaCl và NH
3
.
Tăng nồng độ NH

3
bị giới hạn bởi 2 điều kiện:
- Tăng tổn thất theo khí ra khỏi tháp cacbonat hóa do áp suất của nó trong pha
khí tăng cao khi tăng nồng độ.
- Tăng NH
3
tới giới hạn nhất định, dung dịch cacbonat hóa sẽ bão hòa
NH
4
HCO
3
tách cùng NH
4
HCO
3
ra khỏi dung dịch.
ΙΙ.4.2. Ảnh hưởng nồng độ CO
2
.
Khi tăng nồng độ CO
2
trong pha khí sẽ tăng mức độ sử dụng CO
2
.Còn khả năng
hấp thụ CO
2
đặc trưng bằng mức độ cabonat hóa R
c
tính theo %. Khi R
c

càng lớn
càng nhiều NH
4
HCO
3
do đó tăng U
Na
. Do đó tăng áp suất riêng phần CO
2
trong pha
khí sẽ tăng U
Na
. Cần đạt giá trị cacbonat hóa lớn nhất ở cuối quá trình. Khi lượng
NaHCO
3
tách ra càng nhiều, thì áp suất cân bằng CO
2
trên bề mặt phân chia sẽ cao,
khó hấp thụ. Muốn tăng tốc độ hấp thụ phải tăng áp suất riêng phần CO
2
ở cuối quá
trình. Vì vậy ở đáy tháp có nồng độ CO
2
cao 65 ÷ 75%.
ΙΙ.4.3. Ảnh hưởng nhiệt độ.
Nhiệt độ ảnh hưởng tới nhiều mặt quá trình như ảnh hưởng tới độ hòa tan của
CO
2
và NH
3

và NaHCO
3
kết tinh, cân bằng phản ứng. Toàn bộ quá trình cacbonat
hóa giai đoạn bắt đầu kết tinh và phát triển mầm kết tinh đóng vai trò quyết định.
Tại khu vực tạo mầm kết tinh chỉ cần giảm nhiệt độ một chút sẽ làm tinh thể không
ổn định. Thực nghiệm chứng minh rằng nếu bắt đầu xuất hiện kết tinh ở t°=60÷
70°C được tinh thể hình trụ, t°< 60°C cho tinh thể hình kim. Để tinh thể đồng đều
phải đảm bảo chế độ trao đổi nhiệt thích hợp. Khi phản ứng giữa CO
2
và NH
3
trong

Nguy
ễ
n Chuyªn
CN c¸c hîp
chÊt v« c¬ K3
25