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.