يتم إنتاج هيدروكسيد الكالسيوم ، المعروف أيضًا باسم الجير المطفأ أو الجير المطفأ ، عادةً من الحجر الجيري من خلال عملية تسمى القطع. فيما يلي الخطوات المتبعة:

المحاجر: يتم استخراج الحجر الجيري من المحاجر ونقله إلى معمل المعالجة.

التكليس: يتم تسخين الحجر الجيري إلى درجة حرارة عالية (حوالي 1000 درجة مئوية) في فرن الجير لإنتاج أكسيد الكالسيوم (المعروف أيضًا باسم الجير الحي). هذه العملية تسمى التكليس وتطرد ثاني أكسيد الكربون من الحجر الجيري ، تاركًا وراءه أكسيد الكالسيوم.

الرفع: يتم بعد ذلك خلط الجير الحي بالماء في عملية تسمى القطع. يتسبب الماء في تفاعل كيميائي ينتج هيدروكسيد الكالسيوم:

CaO + H2O → Ca (OH) 2

التفاعل طارد للحرارة وينتج الكثير من الحرارة.

التنقية والتجفيف: يتم بعد ذلك تنقية هيدروكسيد الكالسيوم لإزالة الشوائب والمياه الزائدة. يتم ذلك عادةً باستخدام فرن دوار أو فرن عمودي. ثم يتم تجفيف هيدروكسيد الكالسيوم المنقى لإزالة أي رطوبة متبقية.

التعبئة والتخزين: أخيرًا ، يتم تعبئة هيدروكسيد الكالسيوم وتخزينه في أكياس أو حاويات سائبة حتى يصبح جاهزًا للاستخدام.

بشكل عام ، يتضمن إنتاج هيدروكسيد الكالسيوم من الحجر الجيري استخدام درجات حرارة عالية ، والمياه ، والتعامل الدقيق مع المواد لضمان سلامة العمال. تستخدم هذه العملية على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية مثل معالجة المياه والبناء والزراعة.

تزداد قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم Ca (OH) 2 مع زيادة مساحة سطحه. وذلك لأن هيدروكسيد الكالسيوم يذوب في الماء عن طريق تفاعل سطحي ، حيث تتفاعل جزيئات الماء مع أيونات الكالسيوم والهيدروكسيد على سطح المادة الصلبة.

عندما تزداد مساحة سطح هيدروكسيد الكالسيوم ، يكون هناك المزيد من المساحة السطحية المتاحة لجزيئات الماء للتفاعل معها ، مما يزيد من معدل ومدى الذوبان. نتيجة لذلك ، فإن هيدروكسيد الكالسيوم ذو المساحة العالية يذوب في الماء بسهولة أكبر من هيدروكسيد الكالسيوم في المنطقة السطحية المنخفضة.

تتأثر قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم في الماء أيضًا بعوامل مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة. في درجات الحرارة المرتفعة وقيم الأس الهيدروجيني الأعلى ، تزداد قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم في الماء. ومع ذلك ، فإن هذه العوامل ليس لها تأثير كبير على الذوبان مثل مساحة السطح.

يمكن حساب قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم السطحي العالي النوعية باستخدام المعادلة التالية:

Ksp = [Ca2 +] [OH -] ^ 2

حيث Ksp هو ثابت منتج قابلية الذوبان لهيدروكسيد الكالسيوم ، [Ca2 +] هو تركيز أيونات الكالسيوم في المحلول ، و [OH-] هو تركيز أيونات الهيدروكسيد في المحلول.

لحساب قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم ، تحتاج إلى معرفة قيمة Ksp وتركيزات أيونات الكالسيوم والهيدروكسيد في المحلول. تبلغ قيمة Ksp لهيدروكسيد الكالسيوم عند درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) حوالي 5.5 × 10 ^ -6.

يمكن حساب تركيز أيونات الكالسيوم في المحلول باستخدام المعادلة التالية:

[Ca2 +] = (Ca (OH) 2 الذوبان في الماء) / (الحجم الإجمالي للمحلول)

يمكن حساب تركيز أيونات الهيدروكسيد في المحلول باستخدام المعادلة التالية:

[أوه-] = 2 × [Ca2 +]

بمجرد تحديد تركيزات أيونات الكالسيوم والهيدروكسيد في المحلول ، يمكنك توصيلها بمعادلة ثابت منتج الذوبان لحساب قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم.

من المهم ملاحظة أن قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم السطحي العالي النوعية قد تختلف عن ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم العادي بسبب زيادة مساحة سطحه. لذلك ، قد تكون القياسات التجريبية ضرورية لتحديد قابلية ذوبان هيدروكسيد الكالسيوم السطحي العالي النوعية.

فرن الجير هو فرن يستخدم في تكليس الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) لإنتاج الجير الحي (أكسيد الكالسيوم). يتم إجراء عملية التكليس في فرن الجير في درجات حرارة عالية ، عادة أعلى من 900 درجة مئوية.

عملية فرن الجير

التسخين

يتم تسخين الحجر الجيري في غرفة التسخين المسبق لدرجة حرارة حوالي 800 درجة مئوية. هذا يزيل أي رطوبة أو شوائب قد تكون موجودة في الحجر الجيري.

تكليس

يتم تغذية الحجر الجيري المُسخن مسبقًا في فرن الجير حيث يتم تسخينه إلى درجة حرارة حوالي 1200-1300 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه ، يتحلل الحجر الجيري إلى أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كغاز ، بينما يتم جمع أكسيد الكالسيوم ، أو الجير الحي ، في قاع الفرن.

تبريد

ثم يتم تبريد الجير الحي في غرفة تبريد لمنعه من التفاعل مع الهواء وامتصاص الرطوبة. هذا مهم لأن الجير الحي مادة شديدة التفاعل يمكن أن تتفاعل مع الماء لإنتاج الحرارة والبخار.

ترطيب

ثم يتم ترطيب الجير الحي المبرد عن طريق إضافة الماء إليه ، مما يجعله يتفاعل وينتج هيدروكسيد الكالسيوم ، المعروف أيضًا باسم الجير المطفأ.

يتم استخدام عملية فرن الجير لإنتاج الجير الحي ، والذي يستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات ، بما في ذلك البناء ، وصناعة الصلب ، والزراعة ، ومعالجة المياه. هذه العملية كثيفة الاستهلاك للطاقة وتتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة ومتغيرات العملية الأخرى لضمان تناسق جودة الجير المنتج والنقاء المطلوب.

جهاز إزالة الكبريت الأسطواني القائم على الكالسيوم هو مادة تستخدم في عملية إزالة الكبريت من الغازات الصناعية ، مثل غاز المداخن من محطات الطاقة أو مرافق حرق النفايات. عادة ما يتم صنع مزيل الكبريت من أكسيد الكالسيوم (CaO) أو هيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH) 2) ، والتي تتفاعل مع مركبات الكبريت في الغاز لتكوين كبريتات الكالسيوم (CaSO3) أو كبريتات الكالسيوم (CaSO4).

يعتمد مبدأ مزيل الكبريت الأسطواني القائم على الكالسيوم على تفاعل كيميائي بين مادة إزالة الكبريت ومركبات الكبريت الموجودة في تيار الغاز. عادة ما يتم صنع مزيل الكبريت من أكسيد الكالسيوم (CaO) أو هيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH) 2) ، والتي تتفاعل مع مركبات الكبريت لتكوين كبريتات الكالسيوم (CaSO3) أو كبريتات الكالسيوم (CaSO4).

يوفر الشكل الأسطواني لجهاز إزالة الكبريت مساحة كبيرة للغاز للتلامس مع مادة إزالة الكبريت ، مما يسمح بالإزالة الفعالة لمركبات الكبريت من تيار الغاز. يتم تمرير تيار الغاز عبر طبقة إزالة الكبريت ، وعندما يمر عبر جهاز إزالة الكبريت الأسطواني ، تتفاعل مركبات الكبريت مع المادة القائمة على الكالسيوم.

عادةً ما يكون التفاعل الكيميائي الذي يحدث في مزيل الكبريت تفاعلًا حمضيًا قاعديًا ، حيث تعمل مركبات الكبريت الموجودة في تيار الغاز كأحماض والمادة القائمة على الكالسيوم تعمل كقاعدة. نواتج التفاعل ، كبريتات الكالسيوم أو كبريتات الكالسيوم ، هي مواد صلبة يمكن إزالتها بسهولة من تيار الغاز.

تعتمد كفاءة عملية إزالة الكبريت على عوامل مختلفة مثل نوع وتركيز مركبات الكبريت في تيار الغاز ، ودرجة حرارة وضغط تيار الغاز ، ومعدل تدفق تيار الغاز ، وكمية ونوع مادة إزالة الكبريت المستخدمة .

تُفضل أجهزة إزالة الكبريت التي أساسها الكالسيوم في عملية إزالة الكبريت نظرًا لتفاعلها العالي وتكلفتها المنخفضة وتوافرها. يوفر الشكل الأسطواني لجهاز إزالة الكبريت أيضًا ميزة على الأشكال الأخرى ، مثل الحبيبات أو المساحيق ، حيث يسمح بتوزيع أكثر تناسقًا لمواد إزالة الكبريت في وعاء المفاعل ، مما يؤدي إلى عملية إزالة الكبريت أكثر كفاءة.

يختلف تدفق عملية جهاز إنتاج ثاني أكسيد الكربون اعتمادًا على التكنولوجيا المحددة والمعدات المستخدمة. ومع ذلك ، فإن تدفق العملية العامة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2) من مصادر مختلفة ، مثل عمليات التخمير أو الاحتراق ، يتضمن عادةً الخطوات التالية:

جمع الغاز المصدر

يتم جمع غاز المصدر المحتوي على ثاني أكسيد الكربون من العملية أو عادم الاحتراق ، أو من عملية التخمير.

طهارة

يتم تنقية غاز المصدر المُجمع عن طريق إزالة الشوائب مثل الماء وثاني أكسيد الكبريت والملوثات الأخرى التي يمكن أن تتداخل مع عملية الإنتاج.

ضغط

يتم ضغط غاز ثاني أكسيد الكربون المنقى إلى ضغط أعلى لتسهيل خطوات المعالجة اللاحقة.

تبريد

يتم تبريد غاز ثاني أكسيد الكربون المضغوط إلى درجة حرارة منخفضة للغاية ، مما يؤدي إلى تكثيف الغاز وتحويله إلى سائل.

انفصال

ثم يتم فصل سائل ثاني أكسيد الكربون عن أي شوائب متبقية أو غازات غير قابلة للتكثيف.

التخزين والتوزيع

يتم بعد ذلك تخزين سائل ثاني أكسيد الكربون المنقى والمنفصل في خزانات أو نقله إلى العملاء لمختلف التطبيقات الصناعية أو التجارية ، مثل معالجة الأغذية والمشروبات ، وإنتاج النفط والغاز ، أو الاستخدامات الطبية.

بشكل عام ، تلعب معدات إنتاج ثاني أكسيد الكربون دورًا مهمًا في توفير إمدادات موثوقة من ثاني أكسيد الكربون عالي الجودة لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والتجارية.