Производство важнейших неорганических продуктов и охрана окружающей среды. Каустическая сода

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Казанский научно-исследовательский технологический  университет 

Кафедра химической кибернетики 
 
 
 

Реферат по дисциплине

«Интеграция основных процессов  в химической и  нефтехимической  технологиях»

     на  тему: «Производство важнейших неорганических продуктов и охрана окружающей среды. Каустическая сода.» 
 
 

                       Подготовила:

                       студентка гр. 618111

                       Самсонова Н.Ю.

                       Проверила:

                       доцент кафедры 

                       Понкратова С.А. 
 
 

Казань, 2012

Содержание

Введение……………………………………………………………………......3

1. Сырье  для производства……………………………………………………4

2. Технологические  аспекты производства…………………………………..5

    2.1 Физико-химические основы процесса………………………………....5

    2.2 Технология производства……………………………………………….14

    2.3 Материальный баланс…………………………………………………...20

3. Охрана  окружающей среды…………………………………………………22

4. Применение…………………………………………………………………..24

5. Основные  производители……………………………………………………26

Список  использованной литературы…………………………………………..27 

 

Введение

          Гидроксид натрия или едкий натр (NaOH), хлор, соляная кислота НС1 и водород получают в промышленности в настоящее время методом электролиза раствора хлорида натрия.

       Едкий натр или гидроксид натрия -- сильная щелочь, называемая в  быту каустической содой, применяется  в мыловарении, в производстве  глинозема -- полупродукта для  получения металлического алюминия, в лакокра-сочной, нефтеперерабатывающей  промышленности, в производстве  искусственного шелка, в промышленности  органического синтеза и других  отраслях народного хозяйства.

       При работе с хлором, хлористым  водородом, соляной кислотой и  едким натром необходимо строго  соблюдать правила техники без-опасности  : вдыхание хлора вызывает резкий  кашель и удушье, вос-паление слизистых  оболочек дыхательных путей, отек  легких, а в дальнейшем образование  в легких воспалительных очагов.

       Хлористый водород даже при  незначительном содержании его  в воздухе вызывает раздражение  в носу и гортани, покалывание  в груди, хрипоту и удушье. При  хроническом отравлении малыми  его концентрациями особенно  страдают зубы, эмаль которых  быстро разрушается.

       Отравления соляной кислотой  весьма сходны с отравлениями  хлором. 
 
 
 
 
 
 
 

1. Сырье для производства 

    В начале XIX века развитие производства каустической соды (NaOH) было тесно связано с развитием производства кальцинированной соды. Эта взаимосвязь была обусловлена тем, что сырьем для химического способа получения NaOH служила кальцинированная сода, которая в виде содового раствора каустифицировалась известковым молоком. А сырьем для получения кальцинированной соды могут быть природные вещества содержащие Na и CO , Кроме того, для получения соды применяют ряд вспомогательных материалов – аммиак, топливо, воду и пар. Природные источники кальцинированной соды незначительны (минералы натрон, термонатрит, трона). Na CO получают главным образом насыщением NH и СО раствора NaCl и дальнейшим нагреванием до 140-160 °С, а также из нефелина. Содовые озера и содовые отложения расположены главным образом в Западной Сибири и Кулундинской степи (Петуховская и Михайловская группа озер). А крупнейшие залежи нефелина находятся в Хибинах на Кольском полуострове в виде апатитово - нефелиновой породы. Имеются также залежи нефелиновых руд на Урале, в Средней Азии, Казахстане, Кемеровской области, на Украине, в Армении.

    Одновременно  в конце XIX в. стали быстро развиваться  электрохимические методы получения  NаОН электролизом водных растворов NaCl. Хлорид натрия (поваренная соль) широко распространена в природе как в твердом виде (пласты каменной соли, самосадочная соль соляных озер), так и в виде растворов (морская вода, соляные озера, соляные источники).Известные месторождения поваренной соли: Артемовско-Славянское, Верхнекамское и Яр-Бишкадакское месорождение в Башкирии.Верхнекамское месторождение характеризуется также громадными залежами сильвинита.Сильвинит является  минералом, содержащим смесь NaCl (70- 75%) и KCl.Отход производства хлорида калия, содержащий в сухом виде до 97% NaCl, 1% KCl и примеси солей кальция и магния, используют для производства соды.  

2. Технологические  аспекты производства

2.1 Физико – химические основы процесса

Известковый способ получения  каустической соды

Каустификация

Известковый способ получения едкого натра основан  на каустификации карбоната натрия известью   или известковым молоком:

Nа СО (р)+Са(ОН) (тв.) NаОН(р) + СaCO (тв) + 0,84 кДж.                     (1)

Подача  на каустификацию вместо известкового молока извести позволяет использовать теплоту гашения СаО. Кроме того, образуется более концентрированный раствор едкого натра за счет вывода из процесса воды, поступающей с известковым молоком.

В начале процесса направление реакции (1) сдвинуто вправо, так как растворимость СaCO меньше растворимости Са(ОН) .

В начале процесса каустификации в растворе присутствует большое количество ионов  CO , снижающих и без того малую растворимость СaCO . По мере каустификации в растворе накапливаются ионы ОН и уменьшается количество ионов CO , поэтому растворимость СаСОз увеличивается, а растворимость Са(ОН) уменьшается. При достижении одинаковой растворимости солей наступает равновесие. Константа равновесия реакции (1) выражается соотношением:

                                      

                                                   (2)

Растворимости СaCO и Са(ОН) в разной степени зависят от температуры, поэтому, строго говоря, константа равновесия зависит от температуры. Однако практически эта зависимость не учитывается. Важной характеристикой процесса каустификации является равновесная степень каустификации , выраженная отношением:

                                            

                                              (3) 
 

Выражая концентрацию ионов [ОН ] через константу равновесия К и концентрацию ионов [CO ], получают:

                                   

                                                         (4)

Из выражения (4) следует, что равновесная степень  каустификации (степень перехода соды в едкий натр) при прочих равных условиях снижается при увеличении содержания соды в исходном растворе (рис. 3). При содержании соды в растворе более 23,2% (масс.) в данной фазе появляется пирсонит , способствующий возрастанию потерь соды. Наоборот, при понижении концентрации соды в исходном растворе степень каустификации повышается.

 
 
 
 

             Однако вместе с этим возрастает  также удельное содержание воды (на 1 кг твердого NaОН) в каустифицированном содовом растворе (рис.4).Повышение удельного содержания воды приводит к увеличению расхода греющего пара на выпарку слабых щелоков, т. е. к росту стоимости продукционной каустической соды.  

            

Весьма малый  тепловой эффект реакции (1) показывает, что температура мало влияет на равновесную  степень каустификации. Скорость достижения равновесия зависит от температуры. Поэтому хотя температура и не влияет на равновесный выход NaОН, процесс каустификации ведут   при     температуре    98— 100° С, что обеспечивает достаточно высокую скорость протекания процесса. Кроме   того, увеличение температуры способствует   образованию     крупнокристаллического     осадка СaCO , что улучшает отделение шлама от щелочных растворов при дальнейшей ее декантации и повышает скорость осаждения СaCO за счет

снижения вязкости расвора. 

Диаграмма равновесного состояния системы Na СО — NаОН— СаСОз— Са(ОH) — Н О при 100 º С приведена на рис.5. По оси абсцисс отложена концентрация соды, но оси ординат — концентрация NаОН [в моль/л и % (масс.)] в пределах, принятых в производственных условиях. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.5. Диаграмма равновесного состояния системы 

Na СО — NаОН— СаСОз— Са(ОH) — Н О при 100 º С 

Отделение и промывка шлама. Слабый щелок необходимо отделить от шлама и осветлить. Скорость и полнота отделения шлама от слабого щелока зависят от качества обжигаемого известняка, условий его обжига, избытка извести и других факторов. При повышении температуры обжига и увеличении времени пребывания материала в зоне обжига скорость осветления щелока возрастает. Условия гашения извести также заметно сказываются на скорости осветления щелока.

     Крупные кристаллы СаСО3 не только  быстрее осаждаются, но и лучше

отмываются  от NаОН и остатков соды меньшим количеством промывной воды. Последнее чрезвычайно важно, поскольку промывная вода, содержащая NаОН и Nа2СО3, не выводится из цикла, а смешивается с исходным концентрированным содовым раствором. Поэтому, чем меньше расход промывной воды, тем концентрированнее содовый раствор, подаваемый на каустификацию, и концентрированнее каустифицированный раствор, и, тем, следовательно, меньше расход тепла на дальнейшее концентрирование этого раствора для получения товарного NаОН. Снижение пресыщения каустифицируемого раствора по СаСО3 приводит к образованию более крупных кристаллов СаСО3 и тем самым улучшает процесс осветления слабого щелока. Снижению пересыщения, кроме повышения температуры каустификации, способствует также добавление к исходному содовому раствору так называемых «крепких» промывок, содержащих кроме соды, едкий натр, повышающий растворимость СаСО3. «Крепкие» промывки получают при растворении соды, выпадающей из слабого щелока при его концентрировании. В результате добавления к исходному содовому раствору «слабых» и «крепких» промывок получают «нормальный» содовый раствор.

     В производстве каустической  соды необходимо достичь по  возможности

высокой степени декарбонизации содового раствора, так как присутствующий в содовом  растворе гидрокарбонат натрия взаимодействует  в промывных водах с едким  натром по реакции:

     NаНСО3 + NаОН↔ Nа2СО3 + Н2О     

     NаНСО3 + Са(ОН)2↔ СаСО3 + NаОН + Н2О

     В результате этой реакции  расходный коэффициент извести  на 1 т NаОН

возрастает.

     В технологических схемах производства  NаОН часто предусматривается

повторная каустификация шлама свежим содовым  раствором, что приводит к

увеличению  концентрации слабого щелока и повышению  коэффициента

использования СаО. При проведении двух процессов  каустификации с последующей  промывкой шлама скорость осаждения  твердых частиц при прочих равных условиях выше скорости осаждения частиц, полученных при однократной каустификации. Это можно объяснить увеличением  степени использования СаО в  шламе и возрастании времени  формирования шлама при двукратной каустификации. В производстве едкого натра расход промывной воды на 1 т NаОН при 70-800С составляет 4.5-5.0м3. Высокая температура промывной воды способствует растворению в ней примесей и повышает скорость осаждения твердых частиц.

    Концентрирование слабых щелоков. Отделение выпарки .В отделение выпарки из отделения каустификации поступают слабые щелока, содержащие около 130г/л NаОН, 30г/л Nа2СО3 и 11.3 г/л Nа2SО4. При концентрировании слабых щелоков в твердую фазу выделяется Nа2СО3 и Nа2SО4,растворимость которых в растворах едкого натра весьма близки. При больших концентрациях NаОН в растворе наблюдается высокое пересыщение по Nа2СО3 иNа2SО4, которое очень медленно снижается в результате старения раствора. Однако даже через 48 часов раствор не достигает равновесного состояния.

    В процессе выпаривания важно  не только максимально выделить  примеси в твердую фазу, но  и получить крупные быстро  осаждающиеся кристаллы Nа2СО3 и  Nа2SО4. Полнота выделения солей  обеспечивается высокой концентрацией  едкого натра и длительностью  выдерживания раствора NаОН, обеспечивающей  снятие пересыщения по Nа2СО3 и   Nа2SО4. Размер осаждающихся кристаллов  в значительной степени определяется  содержанием Nа2SО4 в растворе. Так как часть сульфата натрия  остается в готовом продукте  и не возвращается обратно  в цикл, необходимо восполнять  его потери.