만하임 공정

1. 개요

만하임 공정은 대형 주철 가마인 만하임 가마에서 진행되는 화학 공정으로, 염화나트륨과 황산을 반응시켜 황산나트륨을 생산한다. 이 공정은 두 단계의 화학 반응으로 이루어지며, 600-700°C의 고온이 필요하다. 1단계에서는 염화나트륨과 황산이 반응하여 중황산나트륨과 염화 수소가 생성되고, 2단계에서는 중황산나트륨과 염화나트륨이 반응하여 황산나트륨과 염화 수소가 생성된다. 생성된 황산나트륨은 냉각, 분쇄, 선별 과정을 거쳐 제품으로 저장된다.

2. 공정 과정

만하임 공정은 만하임 가마라는 대형 주철 가마에서 진행된다. 염화나트륨과 황산을 가마에 넣고 섞어 가열하면, 염화 수소 가스와 황산나트륨이 생성된다. 가마 내부는 높은 온도와 산에 견딜 수 있도록 특수 벽돌로 만들어져 있으며, 뜨거운 연도 가스를 통해 염화 수소 가스가 배출된다. 생성된 황산나트륨은 냉각, 분쇄, 선별 과정을 거쳐 저장된다.

2.1. 반응 단계

만하임 공정은 두 단계의 화학 반응을 통해 진행된다.

첫 번째 단계는 실온에서 발생하는 발열 반응이며, 중황산나트륨이 중간 생성물로 만들어진다.

:NaCl + H₂SO₄ → HCl + NaHSO₄

두 번째 단계는 흡열 반응으로, 에너지 투입이 필요하다. 600-700 °C 범위의 온도가 필요하다.

:NaCl + NaHSO₄ → HCl + Na₂SO₄

2.2. 가마 구조

만하임 가마는 반응이 일어나는 정지된 반응판과 혼합물을 섞고 이동시키는 회전하는 레이크 암(rabble arms)으로 구성된다. 정지판은 지름이 최대 6m이다. 가마의 일부분은 직접적인 불꽃, 고온 및 산에 대한 저항성이 높은 벽돌로 만들어진다. 가마의 다른 부분은 내열성 및 내산성을 갖춘 재료로 구성된다.

2.3. 생성물 처리

생성된 황산나트륨은 가마에서 나와 냉각 드럼을 통과한 후 분쇄, 선별되어 제품 저장 시설로 보내진다. 반응 과정에서 유리된 염화 수소 가스는 뜨거운 연도 가스를 통해 배출된다.