Учебное пособие: Получение гидроксида натрия каустификацией содового раствора
В ртутном способе часть поваренной соли разлагается
с образованием хлора и амальгамы натрия (раствор натрия в ртути). Натриевая амальгама,
перекачивается в другую ванну, где натрий вступает в реакцию 5 с водой:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑ (5)
Раствор едкого натра идет на выпаривание, а чистая
ртуть снова попадает в электролизер. Образующийся водород удаляется в цеховой коллектор,
а чистая 50 % каустическая сода выводится как готовый продукт. Для промышленной
реализации данного метода в основном используется горизонтальные электролизеры.
Недостатком этого метода является использование сильно ядовитой ртути, создающей
труднорешаемые проблемы газоочистки и сброса ее отходов.
Хороший технико-экономический эффект дает сочетание
обоих способов (ртутного и диафрагменного), когда твердая и обратная соль из диафрагменных
электролизеров подается до насыщения аналита из ванн с ртутным катодом, благодаря
чему удается использовать дешевые подземные рассолы.
Для проведения мембранного способа электролиза используют
электролизеры с ионообменной мембраной (нефильтрующий полимерный материал) которая
разделяет анодное и катодное пространство. Насыщенный рассол подается в анодную
камеру, ионообменная мембрана предотвращает попадание его в катодное пространство.
Хлор выделяется на аноде и выводится из анодной камеры с обедненным рассолом. Ионы
натрия проходят через мембрану в катодную камеру, куда подается вода в количестве,
необходимом для получения щелочи, заданной концентрации. Для нормальной работы электролизера
требуется глубокая очистка сырого рассола с добавлением ионообменных смол. Содержание
магния (Mg2+) и кальция (Са2+)
в очищенном рассоле должно быть не более 0,005 г/л. Перед подачей в электролизер
рассол подкисляют соляной кислотой.
К достоинствам такого электролизера относят получение
чистой каустической соды без применения ртути, что исключают загрязнение окружающей
среды, отсутствие водорода в хлориде, относительно низкий расход электроэнергии.
/12/
Приложение 2
Технологическая
схема производства едкого натра известковым способом
Цех известковой
каустической соды выпускающий твердый едкий натр, имеет следующие производственные
участки: каустификации, отделения и промывки шлама, концентрирования слабых щелочей
(выпарки), плавки.
Каустификация
На рис.
3 приведена технологическая схема производства едкого натра в отделении каустификации.
Основной особенностью этой схемы является одновременное проведение реакций гашения
извести и каустификации содового раствора в одном аппарате – гасителе – каустификаторе,
в котором степень каустификации достигает 75-80 %. На гашение извести в гаситель
подают не воду, как обычно, а содовый раствор. Для уменьшения потерь извести предусматривается
дополнительная каустификация образовавшегося в гасителе – каустификаторе шлама,
содержащего непрореагировавший оксид кальция.
Жженую известь
из силоса – хранилища 1 дозируют лотковым шпателем 3 в гаситель – каустификатор
6. Одновременно с известью из
напорной
мешалки 4 в гаситель поступает «нормальный» соловый раствор (93-95 % от стехиометрического).
Напорная мешалка 4 имеет перелив, через который избыток «нормального» содового раствора
сливается в мешалку перелива 29. Суспензия, содержащая гидроксид натрия, карбонат
натрия, карбонат кальция и избыточную известь, по сифонной трубе перетекает в сифонное
корыто 9 с ситчатой корзиной, которая имеет отверстия размером 4 х 4 мм. Не прошедшие
через отверстия кусочки извести и несгоревшего топлива периодически выгружают из
корзины в отвал. Крупные негашеные куски извести, и необожженный известняк промывают
у порога гасителя водой (на рис. 3 не показано), направляют в бункер недопала 8
и возвращают из него на повторный обжиг или направляют в отвал.
Из сифонного
корыта 9 щелочная суспензия перетекает в приемную мешалку суспензии 28, затем проходит
пескоуловитель 27 и насосом 26 подается в каустификатор первой каустификации 10
для более полного использования извести. Степень каустификации раствора на выходе
из каустификатора 10 составляет около 84 %. Избыток суспензии из мешалки 28 через
перелив попадает в мешалку перелива 29, смешивается с «нормальным» содовым раствором
и насосом 30 перекачивается в напорный сборник 4 гасителя-каустификатора. Здесь
суспензия после полуторачасового пребывания проходит пескоуловитель (на рис. 3 не
показано) и центробежным насосом 25 подается в ряд параллельно работающих отстойников
12 (на схеме показан только один). Осветленный слабый щелок при температуре около
80о С, содержащий в среднем 130 г/л едкого натра, 30 г/л карбоната натрия
и 11,3 г/л сульфата натрия, отбирают из переливного желоба отстойника и собирают
в сборник слабых щелоков 14 и далее передают на выпарку. Шлам из отстойника 12 поступает
в каустификатор 13 второй каустификации.
Для полного
использования оставшейся в шламе извести вторую каустификацию проводят при большом
избытке соды (более 50 %).
Необходимый
для создания требуемого избытка содовый раствор подают в каустификатор 13. Здесь
степень каустификации раствора обычно не превышает 55 %.
Для разжижения
шлама в каустификатор 13 поступает осветленная жидкость со второго яруса шестиярусного
промывателя шлама 22. На верхний ярус промывателя шлама 22 насосом 23 направляют
суспензию из 13. Промывка шлама в промывателе 22 осуществляется конденсатом отделения
выпарки и фильтром шламовых фильтратов, смешивающихся в сборнике 18.
Промывную
воду при температуре около 750С направляют через промыватель 22 противоточно
шламу снизу вверх с помощью насосов 24. С верхнего яруса промывателя промывная вода
направляется в отделение выпарки для растворения солей выпарки (карбоната натрия
и сульфата натрия), выделяющихся при концентрировании слабого щелока. Промытый шлам,
имеющий температуру 75-800 С, поступает в сборник шлама 21 и подается
в корыто барабанного вакуум-фильтра 15. Отфильтрованный и промытый конденсатом шлам
срезают с поверхности фильтра в шнековую мешалку 17; сюда же одновременно подают
воду для разбавления шлама и через сборник мешалку шлама 19 насосом 20 откачивают
на «белое море».
Сборники
2, 5, и 7 служат для хранения содового раствора, получаемого при растворении солей
выпарки и промывных вод соответственно. Дозируя указанные растворы в смеситель 33,
получают «нормальный» содовый раствор, который насосом 32 перекачивают через подогреватель
31 в напорный сборник «нормального» содового раствора».
Отделение
и промывка шлама
Раствор
каустической соды (слабый щелок) необходимо отделить от шлама и осветлить. При упаривании
раствора соотношение концентраций гидроксида и карбоната натрия остается неизменным.
При дальнейшем упаривании мутного раствора его состав будет изменяться, так как
в нем одновременно с упариванием будет протекать обратная реакция – взаимодействие
твердого карбоната кальция с гидроксидом натрия с образованием эквивалентных количеств
гидроксида кальция и карбоната натрия. Таким образом, содержание соды в растворе
будет возрастать, а степень каустификации снижаться. Из этого следует, что перед
подачей каустифицированого раствора на выпарку он должен быть тщательно осветлен.
Скорость
и полнота отделения шлама от слабого щелока зависят от качества обжигаемого известняка,
условий его отжига, избытка извести и других факторов.
Условия
гашения извести также заметно сказываются на скорости осветления щелока. Если применять
известковое молоко, полученное из негашеной извести, скорость осветления составляет
1,06 – 1,48 кг/ч, а если используют известковое молоко, полученное обычным способом,
скорость осветления снижается до 0,16 – 0,28 кг/ч.
Так же на
скорость осветления заметно влияет избыток извести в каустифицированном растворе.
При проведении каустификации с 7 %-ным недостатком извести скорость отстаивания
шлама составляет 1,6 кг/ч, при 1 %-ном избытке извести скорость отстаивания образующегося
шлама снижает до 0,9 кг/ч за счет медленного осаждения частиц гидроксида кальция
и образования более мелких частиц карбоната кальция.
Хорошая
промывка шлама минимальным количеством промывной воды обеспечивается при сочетании
промывочной многоступенчатой декантации шлама с последующей его фильтрацией.
В технологических
схемах производства гидроксида натрия часто предусматривается повторная каустификация
шлама свежим содовым раствором, что приводит к увеличению концентрации слабого щелока.
/2/
Концентрация
слабых щелоков (выпарка)
В отделение
выпарки из отделения каустификации поступают слабые растворы щелока, содержащие
около 130 г/л гидроксида натрия, 30 г/л карбоната натрия и 11,3 г/л сульфата натрия.
При концентрировании слабых щелоков в твердую фазу выделяется карбонат натрия и
сульфат натрия.
При дальнейших
концентрациях гидроксида натрия в растворе наблюдается высокое пересыщение карбоната
натрия и сульфата натрия, которое очень медленно снижается в результате старения
раствора.
В процессе
выпаривания важно не только максимально выделить примеси в твердую фазу, но и получить
крупные быстро осаждающиеся кристаллы карбоната натрия и сульфата натрия. Полнота
выделения солей обеспечивается высокой концентрацией гидроксида натрия и длительного
выдерживания раствора едкого натра, обеспечивающей снятие пересыщения по карбонату
натрия и сульфату натрия.
Если в растворе
содержится воздух, он заметно ухудшает процесс осаждения твердой фазы, образуя с
раствором устойчивую пену, захватывающую значительное количество кристаллизирующейся
соли в виде мелких кристаллов, окруженных пузырьками воздуха. Поэтому для быстрого
осаждения солей, а следовательно и для получения чистого продукта важно максимально
исключить контакт выпариваемого раствора с воздухом. /2/
Плавка
едкого натра
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 |