# Egzamin zawodowy — zadanie PE

> Źródło: matura.lol — https://matura.lol/question/a56-2019-czerwiec-egzamin-zawodowy-praktyczny/zad/PE
> Wersja Markdown strony zadania (dla asystentów AI). Przy cytowaniu podaj matura.lol i link powyżej.

- arkusz: Egzamin zawodowy A56 · czerwiec 2019
- rok: 2019
- typ: open

## Treść

Zadanie egzaminacyjne
Opracuj kartę technologiczną procesu produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya. Uzupełnij informacje
związane z uproszczonym schematem ideowym procesu - wpisz pod schematem w odniesieniu do pól
oznaczonych od A do J nazwy składników wprowadzanych do instalacji, produktów oraz operacji
technologicznych. Korzystając ze skróconego opisu technologicznego produkcji sody kalcynowanej metodą
Solvaya uzupełnij uproszczony schemat instalacji, wpisując w Tabeli 1 oznaczenie urządzenia lub jego nazwę.
Korzystając z wykazu danych wyjściowych sporządź bilans materiałowy procesu karbonizacji dotyczący
produkcji 2 ton sody kalcynowanej oraz uzupełnij opis szkicu wykresu Sankey’a dla tego procesu. Sporządź
wykaz wybranych punktów kontroli temperatury, podając oczekiwaną wartość lub oczekiwany przedział
wartości mierzonego parametru w każdym z nich.
Skrócony opis procesu technologicznego produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya
Proces produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya polega na nasyceniu dwutlenkiem węgla amoniakalnego
roztworu chlorku sodu oraz termicznym rozkładzie powstającego wodorowęglanu sodu. Metoda oparta jest
na reakcjach przedstawionych równaniami
 rozkład termiczny wapienia
CaCO3 ↔ CaO + CO2
 karbonizacja solanki
2NaCl + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O → 2NaHCO3 + 2NH4Cl
 kalcynacja wodorowęglanu sodu
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
 regeneracja amoniaku
2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3 + 2H2O + CaCl2
 sumarycznie:
CaCO3 + 2NaCl → Na2CO3 + CaCl2
1. Wypalanie kamienia wapiennego i gaszenie wapna
Wypalanie wapieni umożliwia otrzymanie wapna palonego i dwutlenku węgla. W zakładach sodowych
znajdują zastosowanie obydwa produkty tej reakcji. Dwutlenek węgla jest potrzebny do karbonizacji solanki.
Wapno w postaci wapna gaszonego wykorzystuje się do oczyszczania solanki i regeneracji amoniaku.
Prażenie kamienia odbywa się w piecach szybowych z podmuchem powietrza, do którego wprowadza się od
góry surowiec o odpowiedniej granulacji zmieszany z koksem w ilości 70 ÷ 80 kg na tonę wapienia. Dla
zapewnienia właściwej pracy, piec powinien być całkowicie wypełniony, a strefa wypalania, która zajmuje
ok. 40 % wysokości pieca powinna znajdować się w jego centralnej części. W górnej części pieca temperatura
powinna być utrzymywana na poziomie ok. 300 °C, podobnie jak w dolnej jego części zwanej strefą
chłodzenia. W strefie wypalania powinna panować temperatura 1000 °C ÷ 1100 °C. Przesunięcie strefy
wypalania w dół lub w górę jest niepożądane. Nadmiar wdmuchiwanego od dołu powietrza powoduje
przesunięcie strefy wypalania ku górze (obniżenie temperatury w dolnej części pieca poniżej 300°C
i podwyższenie temperatury w górnej części pieca powyżej 300 °C). Temperatury w tych częściach pieca
należy kontrolować. Dwutlenek węgla jest odprowadzany w górnej części pieca i po oczyszczeniu w skruberze
kierowany jest do kolumn karbonizacyjnych. Nadmuch powietrza chłodzi do temperatury 100 °C odbierane
w dolnej części pieca wypalone wapno, które następnie podawane jest do lasownika obrotowego o działaniu
ciągłym, gdzie zachodzi proces gaszenia wodą, wstępnie podgrzaną do temperatury 50 °C ÷ 60 °C. Produktem
jest mleko wapienne (wapno gaszone), które powinno mieć temperaturę co najmniej 40 °C. Przed użyciem w
dalszych procesach technologicznych przechodzi przez sito wibracyjne, które zatrzymuje kawałki
nieprzereagowanego wapna.
2. Oczyszczanie solanki
W procesie produkcji sody stosowany jest nasycony roztwór NaCl (stężenie 300 ÷315 g NaCl /dm3 roztworu).
oczyszczony z jonów Ca2+ i Mg2+. Solankę oczyszcza się metodą sodowo-wapienną. Polega ona na usuwaniu
jonów wapnia za pomocą roztworu węglanu sodu, a jonów magnezu za pomocą wodorotlenku wapnia,
zgodnie z reakcjami przedstawionymi równaniami
Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3 + 2Na+
Mg2+ + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + Ca2+
W mieszalnikach przygotowuje się odpowiednio stężone roztwory mleka wapiennego i węglanu sodu. Tłoczy
się je wraz z surową solanką do reaktora. Roztwór z wytrąconym w czasie reakcji osadem CaCO3 i Mg(OH)2
spuszcza się do odstojnika. Klarowny roztwór oczyszczonej solanki zostaje przepompowany do zbiornika
bezpośrednio zasilającego aparaty do absorpcji amoniaku. Szlam osadzający się na dnie odstojnika stanowi
produkt odpadowy.
3. Absorpcja amoniaku w solance
Dwutlenek węgla słabo rozpuszcza się w wodnym roztworze chlorku sodu, natomiast znacznie lepsza jest
jego rozpuszczalność w solance amoniakalnej. W związku z tym proces nasycania solanki amoniakiem
prowadzi się w półkowej kolumnie absorpcyjnej. Procesowi sprzyjają niskie temperatury i przebiega on
najefektywniej w temperaturze poniżej 50 °C. Wprowadzana na szczyt kolumny solanka spływa w dół i styka
się w przeciwprądzie z gazem o dużym stężeniu amoniaku, który wprowadza się w dolnej części absorbera.
Odbieraną z absorbera solankę nasyconą amoniakiem chłodzi się do temperatury około 30 °C w chłodnicach
ociekowych i magazynuje w zbiorniku jako gotowy surowiec do karbonizacji.
4. Karbonizacja solanki
Karbonizacja amoniakalnego roztworu solanki polega na jego nasyceniu dwutlenkiem węgla, co prowadzi do
otrzymania NaHCO3 i NH4Cl. Proces powinien przebiegać w możliwie niskich temperaturach. Na szczycie
kolumny karbonizacyjnej, gdzie wprowadza się amoniakalny roztwór soli, temperatura nie powinna być zbyt
wysoka ze względu na desorpcję amoniaku z solanki - utrzymuje się ją zwykle na poziomie około 30 °C.
Optymalne warunki do tworzenia się grubokrystalicznego osadu wodorowęglanu sodu istnieją, gdy
temperatura w środkowej części kolumny wynosi nie więcej niż 60 °C, a temperatura zawiesiny odbieranej
z dołu kolumny 25 °C ÷ 30 °C. Otrzymany wodorowęglan sodu filtruje się na obrotowych filtrach
próżniowych.
5. Kalcynacja wodorowęglanu sodu
Ostatnią fazą procesu otrzymywania sody jest suszenie i prażenie wodorowęglanu sodu w temperaturze
160 °C ÷ 200 °C w obrotowym piecu kalcynacyjnym ogrzewanym gazami spalinowymi. Sprawdzianem pracy
pieca jest temperatura odbieranej z niego sody. Powinna ona wynosić około 150 °C, gdyż stopień rozkładu
NaHCO3 jest wtedy zadowalający. W wyniku prowadzenia procesu kalcynacji oprócz sody otrzymuje się
również CO2, który jest zawracany do kolumn karbonizacyjnych.
6. Regeneracja amoniaku
W procesie produkcji sody metodą Solvaya amoniak jest surowcem pomocniczym i znajduje w ciągłym
obiegu. W celu odzyskania amoniaku przesącz po filtracji wodorowęglanu sodu rozkłada się w kolumnie
odpędowej (górna część kolumny regeneracyjnej). W pierwszym etapie roztwór ogrzewa się bezpośrednio
parą wodną. Pozostały roztwór poddawany jest działaniu gorącego mleka wapiennego. Następuje rozkład
chlorku amonu i desorpcja amoniaku. W roztworze pozostaje chlorek wapnia. Otrzymany amoniak zawracany
jest do obiegu.
7. Obieg dwutlenku węgla
Przez cały czas trwania procesu CO2 znajduje się w obiegu. Brakujące ilości uzupełnia się produktem z pieca
wapiennego.
Wykaz danych wyjściowych do wykonania obliczeń dotyczących bilansu materiałowego procesu
karbonizacji solanki
 masa produktu finalnego - Na2CO3: 2 tony
 wydajność procesu kalcynacji: 80%
 wydajność procesu karbonizacji: 100%
𝑀𝑁𝑎2𝐶𝑂3 = 106 g/mol 𝑀𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = 84 g/mol 𝑀𝑁𝑎𝐶𝑙 = 58,5 g/mol 𝑀𝑁𝐻4𝐶𝑙 = 53,5 g/mol
𝑀𝐶𝑂2 = 44 g/mol 𝑀𝑁𝐻3 = 17 g/mol 𝑀𝐻2𝑂 = 18 g/mol
Do obliczeń przyjmij, że procesy przebiegają zgodnie z zapisem równań reakcji stanowiących ich
podstawę.
Wyniki obliczeń podaj w [kg] z dokładnością do liczb całkowitych, zaś wyniki wyrażane w procentach
podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.
Czas przeznaczony na wykonanie zadania wynosi 180 minut.
Ocenie podlegać będzie 6 rezultatów:
 karta technologiczna procesu,
 uproszczony schemat ideowy procesu produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya,
 uproszczony schemat instalacji do produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya - uzupełniony opis
schematu węzła I i węzła II instalacji (Tabela 1),
 zestawienie obliczeń dotyczących bilansu materiałowego procesu karbonizacji solanki,
 zestawienie wyników bilansu materiałowego i szkic wykresu Sankey'a dla procesu karbonizacji -
uzupełniony opis szkicu (Tabela 2),
 wykaz wybranych punktów kontroli temperatury.
Karta technologiczna procesu
KARTA TECHNOLOGICZNA PROCESU
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
Wpisuj w wierszach poniżej:
Proces technologiczny
Metoda
Etapy procesu zapisane w formie równań
chemicznych
1. rozkład termiczny wapienia
2. karbonizacja solanki
3. kalcynacja wodorowęglanu sodu
4. regeneracja amoniaku
Podstawowe reagenty wprowadzane do
instalacji
1.
2.
Produkt uboczny
Masa koksu podawanego do pieca
wapiennego przypadająca na 1 tonę
wapienia
Stężenie solanki wprowadzanej do instalacji
Metoda oczyszczania solanki z jonów
wapnia i magnezu
Uproszczony schemat ideowy produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya
A -
B-
C-
D-
E-
F-
G-
H-
I-
J-
E
Sedymentacja solanki
F
G
Filtracja
NaCl
NaHCO3
H
I
Na2CO3
C
Wypalanie wapienia
D
A
koks
CaO
Regeneracja amoniaku
J
(solanka)
H2O
Ca(OH)2
B
CO2
Uproszczony schemat instalacji do produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya
Tabela 1. Opis uproszczonego schematu węzła I (wypalanie wapienia i gaszenie CaO) oraz węzła II
(oczyszczanie solanki i absorpcja amoniaku) instalacji do produkcji sody kalcynowanej metodą
Solvaya
Nazwa urządzenia
Oznaczenie urządzenia na schemacie instalacji
Węzeł I - Wypalanie wapienia i gaszenie CaO
numer 4
Skruber do oczyszczania gazu z pieca wapiennego
numer 1
Dmuchawa powietrza
Węzeł II - Oczyszczanie solanki i absorpcja amoniaku
Reaktor
Mieszalnik Ca(OH)2
numer 6
numer 8
Chłodnice ociekowe
numer 9
Zestawienie obliczeń dotyczących bilansu materiałowego procesu karbonizacji solanki
Masa produktu końcowego - sody kalcynowanej [kg]
Równanie reakcji kalcynacji wodorowęglanu sodu
Stechiometryczna (dla teoretycznej 100 % wydajności procesu kalcynacji) masa wodorowęglanu
sodu potrzebnego do otrzymania założonej ilości sody [kg]
Rzeczywista masa wodorowęglanu sodu potrzebnego do otrzymania założonej ilości sody [kg]
Równanie reakcji karbonizacji solanki
Masa NaCl potrzebnego do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO3 w procesie karbonizacji [kg]
Masa NH3 potrzebnego do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO3 w procesie karbonizacji [kg]
Masa CO2 potrzebnego do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO3 w procesie karbonizacji [kg]
Masa wody potrzebnej do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO3 w procesie karbonizacji [kg]
Masa NH4Cl powstającego w procesie karbonizacji [kg]
Zestawienie wyników bilansu materiałowego procesu karbonizacji solanki
PRZYCHÓD
ROZCHÓD
Składnik
Masa [kg]
%
Składnik
Masa [kg]
%
Razem
Razem
Szkic wykresu Sankey’a dla procesu karbonizacji
Tabela 2. Opis szkicu wykresu Sankey’a dla procesu karbonizacji
Oznaczenie składnika na szkicu wykresu Sankey’a
Składnik
numer 1
numer 2
numer 3
numer 4
numer 5
CO2
numer 6
H2O
Wykaz wybranych punktów kontroli temperatury
Punkt kontroli temperatury
Oczekiwana wartość
temperatury
[°C]
W górnej części pieca wapiennego
W strefie wypalania pieca wapiennego
W strefie chłodzenia pieca wapiennego
Woda podawana do lasownika
W kolumnie absorpcyjnej (absorpcja amoniaku)
Na szczycie kolumny karbonizacyjnej
W środkowej części kolumny karbonizacyjnej
Zawiesina odbierana z dołu kolumny karbonizacyjnej
W piecu kalcynacyjnym
Soda odbierana z pieca kalcynacyjnego

## Odpowiedź

**Odpowiedź (oficjalny klucz CKE):** Nazwa
kwalifikacji:
Organizacja i kontrolowanie procesów technologicznych w przemyśle chemicznym
Oznaczenie
kwalifikacji:
A.56
Numer zadania: 01
Kod arkusza:
A.56-01-01_zo
Lp.
Elementy podlegające ocenie/kryteria oceny
R.1
Rezultat 1: Karta technologiczna procesu
zapisane odpowiednio:
R.1.1
proces technologiczny: produkcja sody kalcynowanej
R.1.2
metoda: metoda Solvaya/amoniakalna
R.1.3
równanie reakcji rozkładu termicznego wapienia: CaCO3 ↔ CaO + CO2 lub CaCO3 → CaO + CO2
R.1.4
równanie reakcji karbonizacji solanki: 2NaCl + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O → 2NaHCO3 + 2NH4Cl
R.1.5
równanie reakcji kalcynacji wodorowęglanu sodu: 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
R.1.6
równanie reakcji regeneracji amoniaku: 2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3 + 2H2O + CaCl2
R.1.7
podstawowe reagenty wprowadzane do instalacji:
- wapień / CaCO3
- solanka / roztwór NaCl / NaCl
R.1.8
masa koksu podawanego do pieca wapiennego przypadająca na 1 tonę wapienia : 70 ÷ 80 kg
R.1.9
stężenie solanki wprowadzanej do instalacji : 300 ÷315 g NaCl /dm3 roztworu / roztwór nasycony
R.1.10
metoda oczyszczania solanki z soli wapnia i magnezu: sodowo-wapienna
R.2
Rezultat 2: Uproszczony schemat ideowy procesu produkcji sody kalcynowanej metodą
Solvaya
R.2.1
W pozycji A wpisany składnik wprowadzany do instalacji: wapień/kamień wapienny/CaCO3 /węglan wapnia
R.2.2
W pozycji B wpisany składnik wprowadzany do instalacj: amoniak/NH3
R.2.3
W pozycji C wpisany składnik wprowadzany do instalacj: dwutlenek węgla/CO2/tlenek węgla(IV)
R.2.4
W pozycji D wpisany proces: gaszenie wapna / gaszenie / lasowanie
R.2.5
W pozycji E wpisany proces: oczyszczanie solanki / oczyszczanie
R.2.6
W pozycji F wpisany proces: absorpcja
R.2.7
W pozycji G wpisany proces: karbonizacja
R.2.8
W pozycji H wpisany proces: kalcynacja / prażenie
R.2.9
W pozycji I wpisany produkt główny: soda kalcynowana/soda amoniakalna/węglan sodu/Na 2CO3
R.2.10
W pozycji J wpisany produkt odpadowy: chlorek wapnia/CaCl2
R.3
Rezultat 3: Uproszczony schemat instalacji do produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya
- uzupełniony opis schematu węzła I i węzła II instalacji - Tabela 1
W Tabeli 1 przypisane poszczególnym urządzeniom lub oznaczeniom na uproszczonym schemacie
instalacji do produkcji sody kalcynowanej metodą Solvaya następujące oznaczenia lub nazwy
urządzeń:
R.3.1
Numer 4: Lasownik
R.3.2
Skruber do oczyszczania gazu z pieca wapiennego: numer 3
R.3.3
Numer 1: Piec wapienny/szybowy / piec
R.3.4
Dmuchawa powietrza: numer 2
R.3.5
Reaktor: numer 7
R.3.6
Mieszalnik Ca(OH)2: numer 5
R.3.7
Numer 6: Mieszalnik Na2CO3 / mieszalnik
R.3.8
Numer 8: Odstojnik
R.3.9
Chłodnice ociekowe: numer 10a i/lub 10b / 10
R.3.10
Numer 9: Kolumna absorpcyjna
R.4
Rezultat 4: Zestawienie obliczeń dotyczących bilansu materiałowego procesu karbonizacji
solanki
R.4.1
Zapisana masa produktu końcowego: 2000 kg
R.4.2
Zapisane równanie reakcji kalcynacji wodorowęglanu sodu: 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Uwaga: w Kryteriach R.4.2, R.4.3 i od R.4.6 do R.4.10 dopuszcza się inny wynik niż zapisany w kryteriach jeżeli
Zdający zastosował poprawny sposób ustalenia wyniku
Kryteria R.4.3 i R.4.4 należy uznać za spełnione, jeżeli uzyskany wynik przez Zdającego jest ustalony w sposób
prawidłowy na podstawie zapisanej przez Zdającego masy produktu końcowego w kryterium R.4.1
R.4.3
Obliczona stechiometryczna (dla teoretycznej 100 % wydajności procesu kalcynacji) masa wodorowęglanu
sodu potrzebnego do otrzymania założonej ilości sody: 3170 kg
R.4.4
Obliczona rzeczywista masa wodorowęglanu sodu potrzebnego do otrzymania założonej ilości sody: 3963 kg
lub 3962 kg lub wartość wyliczona na podstawie wyniku z kryterium R.4.3
R.4.5
Zapisane równanie reakcja karbonizacji solanki: 2NaCl + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O → 2NaHCO3 + 2NH4Cl
R.4.6
Obliczona masa NaCl potrzebnego do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO 3 w procesie karbonizacji: 2760
kg lub 2759 kg lub wartość wyliczona na podstawie wyniku R.4.4
R.4.7
Obliczona masa NH3 potrzebnego do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO3 w procesie karbonizacji: 802 kg
lub wartość wyliczona na podstawie wyniku R.4.4 lub R.4.6
R.4.8
Obliczona masa CO2 potrzebnego do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO3 w procesie karbonizacji: 2076 kg
lub 2075 kg lub wartość wyliczona na podstawie wyniku R.4.4 lub R.4.6 lub R.4.7
R.4.9
Obliczona masa wody potrzebnej do wytworzenia niezbędnej ilości NaHCO 3 w procesie karbonizacji: 849 kg
lub wartość wyliczona na podstawie wyniku R.4.4 lub R.4.6 lub R.4.7 lub R.4.8
R.4.10
Obliczona masa NH4Cl powstającego w procesie karbonizacji: 2524 kg lub wartość wyliczona na podstawie
wyniku z R.4.4 lub R.4.6 lub R.4.7 lub R.4.8 lub R.4.9
R.5
Rezultat 5: Zestawienie wyników bilansu materiałowego i szkic wykresu Sankey'a dla
procesu karbonizacji solanki - uzupełniony opis szkicu - Tabela 2
R.5.1
Po stronie przychodu uwzględnione składniki: NaCl, NH3 , CO2 i H2O
R.5.2
Po stronie rozchodu uwzględnione składniki: NaHCO3 i NH4Cl
R.5.3
Wpisane masy poszczególnych składników są zgodne z wyliczeniami w Rezultacie 4
R.5.4
Masa przychodu (razem) jest równa masie rozchodu (razem)
R.6
Rezultat 6: Wykaz wybranych punktów kontroli temperatury
R.6.1
Podana oczekiwana wartość temperatury w górnej części pieca wapiennego: ~ 300 °C / 300 °C
R.6.2
Podana oczekiwana wartość temperatury w strefie wypalania i pieca wapiennego: 1000 ÷ 1100 °C
R.6.3
Podana oczekiwana wartość temperatury w strefie chłodzenia pieca wapiennego: ~ 300 °C / 300 °C
R.6.4
Podana oczekiwana wartość temperatury wody podawanej do lasownika: 50 ÷ 60 °C
R.6.5
Podana oczekiwana wartość temperatury w kolumnie absorpcyjnej (absorpcja amoniaku): < 50 °C
R.6.6
Podana oczekiwana wartość temperatury na szczycie kolumny karbonizacyjnej: ~ 30 °C / 30 °C
R.6.7
Podana oczekiwana wartość temperatury w środkowej części kolumny karbonizacyjnej: ≤ 60 °C
R.6.8
Podana oczekiwana wartość temperatury zawiesiny odbieranej z dołu kolumny karbonizacyjnej: 25 ÷ 30 °C
R.6.9
Podana oczekiwana wartość temperatury w piecu kalcynacyjnym: 160 ÷ 200 °C
R.6.10
Podana oczekiwana wartość temperatury sody odbieranej z pieca kalcynacyjnego: ~ 150 °C / 150 °C

## Linki

- [oryginalny arkusz — PDF](https://matura.lol/pdf/a56-2019-czerwiec-egzamin-zawodowy-praktyczny#page=2)
- [dane JSON](https://matura.lol/api/question/a56-2019-czerwiec-egzamin-zawodowy-praktyczny/zad/PE)
- [otwórz w wyszukiwarce](https://matura.lol/?problem=a56-2019-czerwiec-egzamin-zawodowy-praktyczny%2Fzad%2FPE)

_Ostatnia aktualizacja danych: 2026-10-03_