Процесс карбонизации (насыщения аммонизированного рас­сола диоксидом углерода), в результате которого образуется гидрокарбонат натрия, является основным процессом содового производства. В отделении карбонизации получают заданное количество содержащей гидрокарбонат натрия суспензии в виде непрерывного материального потока, передаваемого в отделение.

Качество суспензии определяется качеством содержащегося в ней продукта— гидрокарбоната натрия. Очень часто о каче­стве гидрокарбоната натрия судят по его фракционному составу. Определяющей оценкой качества суспензии является содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, полученном фильтрацией этой суспензии в стандартных условиях. Оценку работы карбонизационной колонны можно дать, используя безразмерный технический критерий оптимальности:

Θ = υс хссвяз(4.2-0.lωс)

υс –расход суспензии, выходящей из карбонизационной колонны, м3/с;

хссвяз – концентрация связанного аммиака в осветленной части суспензии, н.д.;

ωс – содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, %.

Чем выше производительность по гидрокарбонатy натрия и меньше остаточная влага в продукте, тем лучше работает карбонизационная колонна, т. е. необходимо стремиться к увеличению абсолютного значения критерия оп­тимальности.

В результате процесса карбонизации из раствора в осадок выпадает гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции

NaCl + NH3 + СО2 + Н2О ↔ NaHCO3 + NH4C1.

Эта реакция характеризует только конечный результат вза­имодействия хлорида натрия и гидрокарбоната аммония. В дей­ствительности процесс карбонизации протекает гораздо слож­нее, и его механизм до настоящего времени окончательно не выяснен.

Процесс карбонизации ведут ступенчато. Вначале аммонизи­рованный рассол обрабатывают газом известковых печей в колонне предварительной карбонизации (КЛИК), затем в пер­вом промывателе газа колонн (ПГКЛ-1)— газами, отходящими из осадительных колонн, и, наконец, — в осадительных колоннах (КЛ),в нижнюю часть которых вводят смешанный газ (65—75 % СО2), а в среднюю часть —газ известково-обжигательных пе­чей.

На первой стадии карбонизации большая часть диоксида углерода связывается в карбамат аммония

2NH3 + СО3 → NH2COONH4,

который затем гидролизуется

NH2COONH4 + Н2О ↔ NH4HCO3+NH3,

с образованием пересыщенного по НСОз- раствора. Затем из пересыщенного раствора кристал­лизуется гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции

NH4HCO3+ NaCl ↔ NaHCO3 + NH4Cl.

Процесс насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода является экзотермическим. Выделяющееся тепло реакции в конечной стадии процесса необходимо отвести, чтобы обеспечить необходимые степени карбонизации раствора и утилизации (использования) натрия.

Температурный режим карбонизаци­онной колонны значительно влияет на процесс образования кри­сталлов гидрокарбоната натрия. Для получения крупных кри­сталлов гидрокарбоната натрия правильной формы, которые не забивают фильтрующую поверхность вакуум-фильтров и мало­растворимы в процессе фильтрации, необходимо поддерживать сравнительно высокую температуру (60—72 °С) в зоне образова­ния и в начальный период роста кристаллов. В процессе даль­нейшего роста кристаллов температура уже не оказывает суще­ственного влияния на их размер.

Процесс кристаллизации начинается с образования зароды­шей в виде очень мелких кристалликов гидрокарбоната натрия, из которых при поддержании нормального технологического ре­жима образуются кристаллы в форме коротких цилиндров — «бочки». При ухудшении процесса кристаллизации образуются кристаллы, имеющие форму длинных цилиндров и склонные к образованию сростков в виде «снопов» (друзы). В этом слу­чае выделяется большое количество мелочи в виде игольчатых кристаллов и бесформенных обломков. Такие кристаллы при фильтрации уплотняются и удерживают в образовавшихся мелких ячейках много влаги, т. е. увеличивается содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия.