Курсовая работа: Синтез и анализ ХТС в производстве гидроксида натрия и хлора из водного раствора хлорида натрия
Сопоставление диафрагменного и ртутного
методов производства едкого натра и хлора позволяет заключить, что:
- электролизеры с ртутным катодом
потребляют больше энергии вследствие высокого напряжения разложения,
эксплуатация их сложнее, капитальные затраты выше, а условия труда из-за
токсичности ртути тяжелее. Однако в них можно получать более концентрированные
и свободные от хлорида натрия щелока, что об легчает последующее выделение
гидроксида натрия,
- электролизеры с железным катодом
позволяют использовать в качестве сырья подземные рассолы, тогда как в ваннах с
ртутным катодом применяется только чистая соль. Их недостаток - высокое (до
0,04 масс. дол. против 0,0005 масс. дол. в ртутных ваннах) содержание в щелоке
хлорида натрия, затрудняющее его переработку.
Себестоимость гидроксида натрия
полученного электролизом с ртутным катодом на 10-15% выше, чем себестоимость
полученного диафрагменным методом.
Дальнейшее совершенствование процесса
производства гидроксида натрия и хлора электрохимическим методом заключается в:
- разработке процесса, сочетающего
диафрагменный и ртутный методы, в котором твердый хлорид натрия, полученный выпариванием
обратного щелока из диафрагменного электролизера, поступает на донасыщение
анолита из ванн с ртутным катодом,
- внедрение электролизеров
диафрагменного типа с ионообменной мембраной.
1.4. Переработка продуктов электролиза
Электролиз водного раствора хлорида
натрия используется для промышленного производства гидроксида натрия. В
качестве побочного продукта при этом получается водород.
Переработка щелока в гидроксид натрия.
Электролитический щелок, получаемый электролизом с ртутным катодом, не
содержит хлорида натрия. Для получения из него гидроксида натрия щелок
упаривают до заданной концентрации и затем обезвоживают. Щелок, получаемый
электролизом с железным катодом, содержит 170—200 г/л хлорида натрия.
Процесс переработки этого щелока заключается в выделении из него хлорида
натрия, возвращаемого в технологический процесс, упаривании раствора и
обезвоживании полученного плава едкого натра для получения твердого продукта.
Выделение хлорида натрия из щелока основано на его изотермической
кристаллизации. Растворимость хлорида натрия в водных растворах гидроксида
натрия понижается с увеличением концентрации последнего.
Поэтому при упаривании щелока из него
выпадает растворенный в нем хлорид натрия. Упаривание до концентрации выше 50%
масс. практически нецелесообразно, так как за этим пределом растворимость
хлорида натрия почти не изменяется. Выделившийся хлорид натрия после охлаждения
раствора отделяют на фильтре, промывают и вновь используют для электролиза
(обратная соль).
В некоторых отраслях промышленности
используют твердый едкий натр. Для его получения очищенный от хлорида натрия и
упаренный щелок обезвоживают (плавят) в котлах, обогреваемых топочными газами,
или в вакуум-выпарных установках непрерывного действия, обогреваемых
высококипящим органическим теплоносителем - даутермом (смесь дифенила и
диоксида).
Технический гидроксид натрия (едкий
натр) выпускают в твердом виде (плавленный и в виде чешуек) с содержанием NaOH
не менее 95% (ГОСТ 2263-71) и в виде водного раствора с содержанием NaOH
не менее 610 г/л (ГОСТ 11078-71).
2. Технологическая часть
2.1. Характеристика исходного сырья
Исходным компонентом при производстве
едкого натрия является хлорид натрия. При производстве применяют также карбонат
натрия и соляная кислота.
Натрия хлорид (поваренная
соль, каменная соль) NaCl,
бесцветные мало гигроскопичные кристаллы с кубической гранецентрирированной
решеткой (а = 0,56402 нм, пространственная группа Fm3m,
z = 4); ТПЛ = 801°С, Ткип.
= 1413°С; плотность - 2,161 г/см3 (20°С); Ср° - 50,50
Дж/(моль×К);
АН°ПЛ -28,20 кДж/моль, DН°обр -
411,26 кДж/моль; S0298
= 72,15 Дж/(моль×К).
В равновесном паре содержится 83
молекулярных % NaCl и 17% Na2Cl2.
Растворимость в воде (г в 100 г): 35,68 (10°С), 35,87 (20°С), 36,80 (50°С),
38,12 (80°С). Растворимость в жидком NH3,
спиртах, этиленгликоле, муравьиной кислоте, не растворим в соляной кислоте. В
интервале от -21,2 до 0,15°С кристаллизуется дигидрат NaCl-2H2O;
плотность 1,6 г/см3; давление водяного пара над ним изменяется от
91,77 (-21,2°С) до 462,84 Па (0,15°С). Насыщеннный водный раствор (28,41% по
массе NaCl) кипит при 108,7°С.
В природе хлорид натрия встречается в
виде минерала галита (каменная соль), в воде океанов и морей, рапе соляных озер
и подземных рассолах.
Хлорид натрия производят из природного
сырья. Добыча каменной соли осуществляется закрытым способом (реже - открытым)
с применением подземного выщелачивания. Добыча самосадочной соли из соляных
озер производится механическим способом, озерную соль промывают рапой,
центрифугируют и сушат. Садочную (бассейновую) соль получают естественным
испарением морских и озерных рассолов в системе специально устроенных
бассейнов, в местностях с холодным климатом используют вымораживание.
Выварочную соль (наиболее чистая) производят упариванием естественных или
искусственно полученных и очищенных рассолов в вакуум-выпарных аппаратах. Для
технических целей применяют каменную и самосадочную соль, для пищевых -
выварочную, самосадочную и садочную. Производят специальные сорта хлористого
натрия: йодированную, брикетированную и исслеживающуюся, чистую с содержанием хлористого
натрия выше 99,9% по массе. Хлорид натрия - пищевой продукт, консервирующее
средство, сырье для получения Na2CO3,
Cl2,
NaOH, хлорной извести и др.; его
применяют более чем в 1500 производств различных веществ и материалов. Мировое
производство около 175 млн. т/год (1980). ПДК в воздухе 1,0 мг/м3.
Натрия карбонат (кальцинированная
сода) Na2CO3,
бесцветные кристаллы; до 350 °С существует a-модификация (см. табл.
5), в интервале 350-479 °С - b с моноклинной кристаллической
решеткой, а выше 479°С -гексагональная модификация g
(а = 0,5215 нм, с = 0,6584 нм, z
= 2, пространственная группа Р63тс); DН0
переходов a « b и b
«
g
соответственно 0,80 и 2,1 кДж/моль; Тпл. = 858°С; DН°ПЛ
= 28 кДж/моль.
Гигроскопичен. Растворимость в воде =
17,69% по массе (20 °С); DН0 растворения для бесконечно
разбавленного раствора - 26,65 кДж/моль; растворы имеют сильнощелочную реакцию.
Ниже 32°С из водных растворов кристаллизуется декагидрат, в интервале 32-35°С -
гексагидрат, выше 35°С - моногидрат, а выше 112,5 °С - безводная соль. В
природе карбонат натрия встречается в виде грунтовых рассолов, рапы в озерах и
минералов-натрона Na2CO3·10H2O,
термонатрита Na2CO3·H2O,
троны Na2CO3·NaHCO3·2H2O.
В России мощность месторождений природного карбонат натрия около 4 млн. т.
Крупные запасы карбонат натрия сосредоточены в США, Канаде, Кении, Мексике, ЮАР
и др.
Основное количество карбоната натрия
получают аммиачно-хлоридным способом (способ Сольвэ): естественный или
искусственно приготовленный рассол NaCl
очищают от примесей Са и Mg
действием Na2CO3,
и Са(ОН)2, насыщают NH3,
а затем подвергают карбонизации в барботажных колоннах. Прокаливанием NaHCO3
получают Na2CO3.
Карбонат натрия добывают также из природных залежей, соляных рассолов.
Применяют: как компонент шихты в производстве стекла; для получения мыла и др.
моющих средств, гидроксида Na
и др. соединений Na; при варке
целлюлозы; для обработки бокситов в производстве А1; для нейтрализации кислых
компонентов при очистке нефтепродуктов; для получения пигментов, например Fe2O3
из FeCl3.
ПДК в воздухе 2 мг/м3.
Соляная кислота (хлористоводородная
кислота, хлороводородная кислота), раствор НС1 в воде - бесцветная жидкость с
резким запахом; сильная одноосновная кислота. Хлористый водород НС1
(молекулярная масса 36,461 ) - бесцветный газ с резким запахом, во влажном
воздухе сильно дымит; длина связи Н-С1 0,1274 нм, энергия диссоциации - 427,77
кДж/моль; Ткип - 85,1°С (бесцветная легко подвижная жидкость), Тпл
-114,22°С; кристаллизуется в кубической решетке, ниже -174,15°С существует
ромбическая модификация; тройная точка -114,22 °С; плотность по воздуху 1,2679;
tкрит
= 51,4°С,
ркрит = 8,258 МПа, dкрит
=
0,42 г/см3; DНПЛ = 1,9924 кДж/моль
(-114,22°С), давление пара (Па): 133,32-10"° (-200,7°С), 2,775-103
(-130,15°С), 10,0x104 (-85,1°С), 74,0x104 (-40°С), 24,95×105
(О°С), 76,9×105 (50°С).
2.2.
Характеристика готового продукта
Натрия гидроксид (каустическая сода) NaOH,
бесцветные кристаллы; до 299°С устойчива ромбическая модификация (а = 0,33994
нм, с = 1,1377 нм), выше 299°С - моноклинная; DН0
полиморфного перехода 5,85 кДж/моль; Тпл. = 323°С, Ткип.
= 1403°С; плотность 2,02 г/см3; С°р = 59,54 Дж/(моль·К); DН°обр
= -425,88 кДж/моль, Н°ВОЗГ - 239,335 кДж/моль (0 К); DН°ПЛ
7,8 кДж/моль; S°298 = 64,43
Дж/(моль×К).
Показатели преломления: меньший Np=
1,457, средний Nm
= 1,470, больший Ng
= 1,472. Растворимость (% по массе): в воде - 52,2 (20°С), метаноле-23,6
(28°С), этаноле-14,7 (28°С); DН0 растворения для
бесконечно разбавленного водного раствора - 44,45 кДж/моль; водные растворы
имеют сильнощелочную реакцию. Гидроксид натрия поглощает из воздуха СО2,
образуя Na2CO3.
В жидком NH3
практически не растворяется. j
Из водных растворов при 12,3-61,8°С
кристаллизуется моногидрат (сингония ромбическая; Тпл = 65,1°С;
плотность 1,829 г/см3; DН°о6р -
734,96 кДж/моль), а в интервале от -28 до - 24°С - гептагидрат, от -24 до
-17,7°С - пентагидрат, от -17,7 до -5,4°С - тетрагидрат (a-модификация),
а при -5,4 - 12,3°С - NaOH×3,5H2O
(Тпл = 15,5°С); известен также метастабильный b-NaOH×4H2O.
Выше 61,8°С кристаллизуется безводная соль.
Гидроксид натрия - сильное основание,
относится к щелочам. Со спиртами образует алкоголяты. Расплавленный гидроксид
натрия растворяет Na и NaH.
Разрушает материалы органического происхождения (бумагу, кожу и др.). Получают
гидроксид натрия: электролизом растворов NaCl
(с одновременным получением С12) с использованием твердых электродов
и проточного электролита (60-90°С) либо ртутного катода (до 70°С);
взаимодействием горячего раствора Na2CO3
с Са(ОН)2; реакцией Ва(ОН)2 с раствором Na2SO4.
Применяют: для очистки нефти, масел; в производстве бумаги, мыла, искусственных
волокон и др.; как осушающий агент для газов и многих органических жидкостей;
водные растворы - электролиты в воздушно-цинковых элементах. Вызывает тяжелые
ожоги кожи и слизистых оболочек; ПДК в воздухе 0,5 мг/м3.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |