Каустическая сода

План:
1. Применение каустической соды и сырье для ее получения
2. Способы производства
3. Лабораторные методы
3.1. Известковый способ
3.2. Ферритный способ
4. Электрохимические – промышленные методы
4.1. Диафрагменный
4.2. С рудным катодом
4.3. С ионообменной мембраной
5. Сравнительный анализ
6. Вопросы и тесты для самоконтроля

Применение:
Каустическая сода применяется в газовой, химической, металлургической, нефтяной промышленности.
Применение на разных спектрах, но в основном на химической промышленности.
В нефтяной промышленности она применяется для очистки нефтепродуктов.
В металлургии употребляется в производстве алюминия.
В автомобильной промышленности её используют в производстве аккумуляторов.
Транспортировка производится как автомобильным, железнодорожным, так и водным транспортом.

Сырье
кальцинированная сода Na2CO3, которая в виде содового раствора каустифицируется известковым молоком;
твердая и подземные соли в растворе с H2O;
электролизом водных растворов NаСl.

Известковый способ
Суть процесса:
Известковый способ основан на каустификации карбоната натрия известью или известковым молоком:
Na2CO3(P) +Cа(OH)2(T)→2 NaOH(p)+CаCO3(T)+ Q
Процесс каустификации ведут при Т = 80-100ºС, t=3часа. Это обеспечивает высокую скорость протекания процесса, образование крупнокристаллического осадка СаСО3, что улучшает отделение шлака от щелочных растворов, при дальнейшей его дикантации и повышает скорость его осаждения (СаСО3) за счет снижения вязкости раствора.

Принципиальная схема

Основные стадии способа:
приготовление содового раствора из жидкости декорбонатора, промывных вод и раствора солей выпарки;
обработка содовога раствора известью;
отделение шлама;
обработка полученным шламом части жидкости декорбанатора;
промывка шлама;
упарка раствора NaOH в вакуум-выпарных аппаратах;
фильтрация упаренного щелока;
упарка щелока до конценрации = 6140 г/дм2;
дальнейшая упарка щелока;
окончательная упарка и плавка каустической соды;
осветление и слив (разлив в барабаны) расплавненого едкого натра.

Ферритный способ
Суть процесса:
Ферритный способ получения каустической соды основан на сплавлении кальцинированной соды и окиси железа с получением феррита натрия:
Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O * Fe2O3 + CO2
При разложении феррита натрия водой образуется раствор едкого натра:
Na2O * Fe2O3 + H2O = 2NaOH + Fe2 O3
Раствор упаривают и получают твердый едкий натр – каустическую соду, а окись железа возвращается в производственный цикл. По стехиометрическому расчету на 1000 кг 92% - ного каустика расходуется 1283 кг 95% - ной кальцинированной соды; однако из – за потерь в производстве расход Na2CO3 колеблется в пределах 1350 – 1400 кг. Выход NaOH составляет %.

Принципиальная схема

стадии:
приготовление шихты - смеси кальцинированной соды и окиси железа;
получение феррита прокаливанием смеси;
гашение и выщелачивание феррита;
упаривание раствора едкого натра и кристаллизация солей;
фильтрация упаренного щелока;
репульпация и центрифугирование отдельного осадка солей;
дальнейшее упаривание щелока;
окончательное упаривание и плавка каустической соды;
осветление и слив расплавного едкого натра.

Диафрагменный метод
Суть процесса:
В диафрагменном способе на твердом катоде происходит разряд ионов водорода с образованием в электролите щелочи, содержащей остаточное количество поваренной соли. В анодное пространство подается горячий очищенный раствор и образуется хлор-газ. Движение раствора из анодного пространства в катодное происходит за счет разности уровней анолита и католита.

Выход по току зависит от тщательности разделения катодных и анодных продуктов, от концентрации едкого натра в католите, от растворимости хлора в анолите (чем выше концентрация поваренной соли в анолите, тем ниже растворимость хлора) процесс ведут при 80-95ºС, тогда выход по току составит А=92-96%.

Суть процесса

Электролиз с ртутным катодом
Суть процесса:
с передней стороны в электролизер подаютрассол,содержащий 310 г/л NaCi. Часть поваренной соли разлагается с образованием хлора и амальгамы натрия. Хлор отводят через крышку ванны, а аммальгаму Na, содерж 0,3% Na, разлогают чистой горячей водой в разлогателе. Образующийся водород удаляется в цеховой коллектор, а чистая 50%-ная каустическая сода выводится как готовый продукт.

Электролиз с ртудным катодом

Электролиз с ионообменной мембраной
Суть процесса:
Мембранный метод производства гидроксида натрия наиболее энергоэффективен, однако сложен в организации и эксплуатации. С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Благодаря этому свойству становится возможным получение более чистых, чем в случае с диафрагменного метода, щелоков. Поэтому в мембранном электролизере, в отличии от диафрагменного, не один поток, а два. В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток раствора соли. А в катодное - деионизированная вода. Из катодного пространства вытекает поток обедненного анолита, содержащего так же примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и хлор, а из анодного - щелока и водород, практически не содержащие примесей и близкие к товарной концентрации, что уменьшает затраты энергии на их упаривание и очистку.

Суть процесса
Щелочь, получаемая с помощью мембранного электролиза, практически не уступает по качеству получаемой при помощи метода с использованием ртутного катода и постепенно заменяет щелочь, получаемую ртутным методом. Однако, питающий раствор соли (как свежий так и оборотный) и вода предварительно максимально очищается от любых примесей. Такая тщательная очистка определяется высокой стоимость полимерных катионообменных мембран и их уязвимость к примесям в питающем растворе. Кроме того, ограниченная геометрическая форма а так же низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран во многом определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине мембранные установки требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления.

Мембранный электролизер

5
сравнительный анализ

Сравнительный анализ

Сравнительный анализ
Результаты анализа используемых на предприятиях СНГ технологий промышленного получения каустической соды свидетельствуют о наиболее широком применении ртутного и диафрагменного способов выработки продукции, а самый экологически чистый способ производства каустической соды это мембранный, так как в в этом способе не используется ртуть, что исключает загрязнение окружающей среды. В настоящее время мембранный способ является самым современным и распростроненым среди промышленных способов получения каустической соды.

Контрольные вопросы:
1.Перечислите основные методы получения каустической соды?
2.На чем основан известняковый способ получения каустической соды?
3.Опишите схему получения каустической соды известковым способом?
4.Назовите 3 способа получения каустической соды в известняковом методе?
5.Суть диафрагменного способа получения каустической соды?

Тест:
1. Методы получения каустической соды:
А) известковый, ферритный, электрохимический
В) известковый, ферритный, каустический
С) известковый, ферритный, мембранный
Д) известковый, электрохимический, каустический
Е) ферритный, электрохимический, каустический

2. Найдите основной недостаток мембранного способа при производстве каустической соды:
А) применяется только твердая соль, а подземные используют только после выпаривания и выделения кристаллической соли
В) применяется только растворы соли, а подземные используют только после выделения кристаллической соли
С) применяется твердые соли
Д) применяется только кальцинированная сода Na2CO3, а подземные используют только после выпаривания и выделения кристаллической соли
Е) применяются только подземные соли в растворе с H2O

3.Ферритный способ получения каустической соды основан на
А) сплавлении кальцинированной соды и окиси железа с получением феррита натрия
В) сплавлении каустической соды и окиси железа с получением феррита натрия
С) сплавлении каустической соды и окиси железа с получением феррита магния
Д) сплавлении каустической соды и окиси алюминия с получением феррита натрия
Е) сплавлении каустической соды и окиси меди с получением феррита натрия

4. Принципиальная схема производства каустической соды ферритным способом:
А) приготовление шихты→прокаливание шихты→гашение и выщелачивание феррита→упаривание раствора едкого натра→обезвоживание и плавка едкого натра→разливка расплавленного каустика в барабаны
В) прокаливание шихты → приготовление шихты →гашение и выщелачивание феррита→упаривание раствора едкого натра→обезвоживание и плавка едкого натра→разливка расплавленного каустика в барабаны
С) приготовление шихты→прокаливание шихты→гашение и выщелачивание феррита→упаривание раствора едкого натра→ разливка расплавленного каустика в барабаны → обезвоживание и плавка едкого натра
Д) приготовление шихты→прокаливание шихты→гашение и выщелачивание феррита→ обезвоживание и плавка едкого натра → упаривание раствора едкого натра →разливка расплавленного каустика в барабаны
Е) приготовление шихты→прокаливание шихты→ обезвоживание и плавка едкого натра →упаривание раствора едкого натра→ гашение и выщелачивание феррита →разливка расплавленного каустика в барабаны

5)Mаксимальная степень выхода NaOH ртутным и диафрагменным способом:
А)50%,12%
В)85%,50%
С)98%,28%
Д)28%,12%
Е)40%,50%