Процесс карбонизации (насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода), в результате которого образуется гидрокарбонат натрия, является основным процессом содового производства.
Отделение карбонизации комплектуется сериями колонн, при этом производительность каждой серии равна производительности абсорбционной колонны. В состав серии входят осадительные карбоколонны 5, первый промыватель газа колонн 3 и теплообменник 2. Периодически каждую из осадительных колонн ставят на промывку, тогда она выполняет функцию колонны предварительной карбонизации 1. Карбонизационные колонны работают сериями, чтобы обеспечить непрерывность потока подаваемого в отделение фильтрации. Наибольшее распространение получили серии, состоящие из четырех карбонизационных колон, из которых три работают как осадительные, а одна – как колонна предварительной карбонизации.
В осадительных карбонизационных колоннах протекают два параллельных процесс: абсорбция диоксида углерода и кристаллизация гидрокарбоната натрия, причем на последних стадиях эти процессы требуют отвода тепла реакции. Исходя из этого, карбоколонна имеет две зоны: абсорбционную и холодильную.
Карбонизационная колонна представляет собой цилиндрическую пустотелую ёмкость диаметром до 3 м и высотой до 28 м, состоящую из ряда царг (бочек). Сверху в колонну поступает раствор из первого промывателя газа колонн, а в царгу–базу 1 и абсорбционную царгу 3, расположенную над холодильной зоной, подаётся газ. При работе колонна заполнена раствором до определенного постоянного уровня. Поэтому объем поступающего в колонну раствора соответствует объему отбираемой из колонны суспензии.
Для обеспечения более полного поглощения диоксида углерода газ и жидкость движутся в колонне противотоком. Для улучшения процесса теплообмена и массопередачи между царгами устанавливают пассетные контактные элементы – тарелки 5.
Для осуществления нормального технологического процесса суспензию гидрокарбоната натрия постепенно охлаждают при её движении к выходу из аппарата.
Для этого в нижней части колонны устанавливают холодильные царги 2, между которыми расположены пассетные контактные элементы. Пассетные тарелки и царги изготавливают из чугуна марки СЧ 18–36, а холодильные трубки – из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
Карбонизационная осадительная колонна: 1 – царга-база; 2 – холодильная царга; 3 – абсорбционная царга; 4 – сепарационные царги; 5 – пасетная барботажная тарелка.
В последнее время кроме представленной конструкции разработана и другая – колонна с перекрестно-точными контактными элементами и переливом (дырчатые переливные тарелки), которые устанавливаются в абсорбционной части колонны
Карбонизационная колонна с перекрестно-точными тарелками: 1 – абсорбционная царга; 2 – перекрестно-точная тарелка; 3 – холодильная царга.
Такая карбонизационная колонна представляет собой цилиндрическую пустотелую емкость, в которой размещены абсорбционные и холодильные элементы. Абсорбционная (верхняя) зона колонны имеет 17 царг с перекрестно-точными контактными элементами. Холодильная зона имеет 8 холодильных царг, оснащенными трубками в которые вводится вода. Все царги, тарелки и другие узлы и детали карбонизационной колонны выполнены из серого чугуна марки СЧ 18-36. В абсорбционной части колонны устанавливают перекрестно-точные дырчатые контактные элементы с двойным переливом. Холодильная часть карбонизационной колонны может быть выполнена в двух вариантах. В типовом исполнении, между холодильными царгами устанавливаются пассетные противоточные тарелки.
При использовании второго варианта конструкции между холодильными царгами устанавливают переливные контактные элементы