Кіріспе. Каустикалық соданың маңызы
Каустикалық соданы электролиз әдісімен алудың технологиялық тіртібі
жүктеу/скачать 335,48 Kb.
|
Бағызбай Ақмаржан Каустикалық сода
охр труд срс
| 3.Каустикалық соданы электролиз әдісімен алудың технологиялық тіртібі
Натрий хлориді ерітіндісінің болатты катод және графитті анодпен ваннадағы электролизі улы натр, хлор, сутекті бір электролизерде алуға мүмкіншілік береді. Натрий хлоридінің сулы ерітіндісі арқылы тұрақты токтың өтуі кезінде хлордың және оттегінің бөлінуін күтуге болады: 2OH—2e-→12I2+H2O (а) немесе 2Cl—2e-→Cl2 OH разрядының қалыпты электродты потенциалы +0,41 B құрайды, ал хлор иондарының разрядының қалыпты қалыпты электродты потенциалы +1,36 B құрайды. Натрий хлоридінің қаныққан бейтарап ерітіндісінде гидроксильді иондардың крнцентрациясы 1·10-7г- эквл. 250C температурада гидроксильді иондардың тепе теңдік потенциалы jар=82 B болады.хлор иондарының разрядталуының тепе теңдік потенциалы NaCl концентрациясының ерітіндідегі 4,6г-эквл jар=32 B болады. Сәйкесінше, анодта кішкене кернеумен ең алдымен оттегі разрядталуы керек. Алайда, графитті анодтарда оттегінің кернеунің асырылуы хлор кернеуінен жоғары, сондықтан оларда негізінен (а) реакциясы бойынша газ тәрізді хлор бөлінуімен қатар Cl иондарының разрядталуы жүреді. Ерітіндідегі NaCl концентрациясын арттыру нәтижесінде хлор бөлінуі жеңілденеді, осының нәтижесінде тепе теңдік потенциалы кемиді. Бұл электролиз кезінде концентрленген натрий хлоридінің ерітіндісін қолданудың себептерінің бірі болып келеді. Сілтілі ерітіндіде катодта су молекулаларының разрядталуы мына теңдеу бойынша жүреді: H2O+e-→H+OH- Сутегі атомдары рекомбинациядан кейін молекулярлық сутегі түрінде түзіледі: 2H→H2 Натрий иондарының сулы ерітіндіде қатты катодта разрядталуы мүмкін емес, өйткені олар разрядтарының потенциалының сутегімен салыстырғандағы жоғары болуына байланысты. Сондықтан ерітіндіде қалған гидроксильді иондары натрий иондарымен сілті ерітіндісін түзеді. NaCl ыдырау процессін келесі реакциялар арқылы көрсетуге болады. 2Cl—2e-→ Cl2 H2O + e-=K+IK 2H→H2 теңдеулерді қоссақ, 2H2O+2ClCl2+H2+2OH- немесе 2H2O+2NaCl Cl2 +H2+ 2NaOH Яғни анодта хлор, катодта сутегі мен улы натр түзіледі. Негізгі карастырылып кеткен процесстермен қатар электролиз кезінде қажет емес процесстер де жүреді. Осыған қарамастан, анода бөлінетін хлор электролитте ериді және мына реакция бойынша анықталады. Cl2+H2O↔HOCl+HCl Сілтінің анодқа диффузиясы жағдайында немесе аноды және катодты өнімдердің араластырылуы кезінде хлорлы және тұзды қышқылдар Натрий хлориді мен гипохлорит түзілуімен қатар сілтімен нейтралданады. HOC+NaOH=OC+H2O HCl+ NaOH=Cl+H2O ClO иондары анодта ClO3 ке тотықсызданады. Сондықтан, натрий, хлорат, хлорид, гипохлорит түзіледі. Сілтілі ортада анодта оттегінің түзілуі еркін болады,сонымен ол электролиздің көрсеткішін нашарлатады. Қажет емес реакциялардың өтуін азайту үшін катодты және анодты өнімдердің араласуына кедергі жасайтын жағдайлар құру керек. Оларға анодты және катодты кеңістіктерді диафрагмалармен бөлуі, электролиттің диафрагма арқылы фильтрациясы. Бұл диафрагмаларды фильтрлік деп атайды және олар асбесттен жасалады. Күйдіргіш натрий өндірісі үшін NaCl судағы ертіндісінің электролизі 2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 + H2 суммарлы реакцияcы бойынша үш тәсіл қолданылады: диафрагмалы электролиз (қатты катодпен), сынаптық (катоды сынап болып табылады) және мембраналы тәсіл, онда диафрагма орнына катион- немесе анион алмасу мембранасы қолданылады. Электролитті өндіріс үшін шикізаты NaCl судағы ертіндісі болып табылады. Сынапты тәсіл үшін сынап үшін у болып табылатын ауыр металл тұздарынан қосымша тазартылуы тиіс. Сутегінің негізгі физика-химиялық қасиеттері төменде келтірілген:
Натрий гидроксиді (күйдіргіш натрий) – күшті химиялық негіз (күшті негізгі молекулалары суда толық диссоацияланатын гидроксидтер кіреді). NaOH судағы ертіндісі күшті сілтілік реакцияға ие (1 % - ертіндінің pH = 13). Ертіндідегі сілтіні анықтаудың негізгі тәсілдері гидроксид-ионға (OH−) (фенолфталеинмен – алқызыл түске және метилді сарғыш (оранж) – сары түске) реакциясы болып табылады. Ертіндіде гидроксид-ион көп болған сайын, сілті соғұрлым күшті және индикатор қанық түстес болады. Натрий гидроксиді реакцияға түседі: 1) ертінді мен газдан қатты затқа дейін кез келген агрегаттық күйдегі әртүрлі заттармен бейтараптау: - қышқылмен – тұз бен су түзіп: NaOH + HCl → NaCl + H2O H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O (NaOH артылған кезде) H2S + NaOH = NaHS + H2O (қышқыл тұз, 1:1 қатынас кезінде) (мұндай реакцияны қарапайым иондық теңдеу түрінде көрсетуге болады, реакция жылу бөле жүреді (экзотермиялық реакция): OH− + H3O+ → 2H2O.) - негіздік және қышқылдық қасиеттерге ие, және де сілтімен, балқу кезінде қатты заттармен реакцияға түсуге қабілетті амфотерлі оксидтермен: ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O ертіндімен: ZnO + 2NaOH(ертінді) + H2O → Na2[Zn(OH)4] (ертінді) (түзілген анион тетрагидроксоцинкат-ион, ал ертіндіден бөліп алатын тұз — натрий тетрагидроксоцинкат деп аталады. Баламалы реакцияда натрий гидроксиді басқа амфотерлі оксидтермен реакцияға түседі) - амфотерлі гидроксидтермен: Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6] 2) Ертіндіде тұздармен алмасу: 2NaOH +CuSO4 → Cu (OH)2↓ + Na2SO4, 2Na+ + 2OH− + Cu2+ + SO42− → Cu(OH)2↓+ Na2SO4 Натрий гидроксиді метал гидроксидтерін тұндыру үшін де пайдаланады. Мысалы, алюминий сулфатының судағы ертіндісіне натрий гидроксидімен әсер етіп, гель тәріздес алюминий гидроксидін алады. Оны көбінесе суды майда бөлшектерден тазалау үшін пайдаланады. Натрий гидроксиді металл гидроксидтерін тұндыру үшін пайдаланады. 6NaOH + Al2(SO4)3 → 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4. 6Na+ + 6OH− + 2Al3+ + SO42− → 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4. 3) Бейметалмен: мысалы, фосформен — натрий гипофосфитін түзіп: 4Р + 3NaOH + 3Н2О → РН3 + 3NaH2РО2. 3S + 6NaOH → 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O - галогенмен: 2NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O(хлор дисмутациясы) 2Na+ + 2OH− + 2Cl− → 2Na+ + 2O2− + 2H+ + 2Cl− → NaClO + NaCl + H2O 6NaOH + 3I2 → NaIO3 + 5NaI + 3H2O 4) Металмен: натрий гидроксиді алюминиймен, мырышпен, титанмен реакцияға түседі. Ол темір және мыспен (бұлар төмен электрохимиялық потенциалға ие) реакцияға түспейді. Алюминий күйдіргіш сілтіде жеңіл ериді және жақсы еритін кешен — натрий тетрагидроксиалюминаты мен сутегі түзеді: 2Al0+ 2NaOH + 6H2O → 3H2↑ + 2Na[Al(OH)4] 2Al0+ 2Na+ + 8OH− + 6H+ → 3H2↑ + 2Na+[Al3+(OH)−4]− 5) Эфирмен, амид және алкилгалогенидтермен (гидролиз): Эфир гидролизі: маймен (сабындану), онда реакция қайтымсыз, алынған сілтілі қышқылдан сабын мен глицерин түзіледі. Глицерин вакуум-буландыру жолымен шығарылады және алынған өнімдер қосымша дистилляциялық тазалаудан өтеді. Сабын алудың бұл тәсілі VII ғасырда Таяу Шығыста белгілі болды: (C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH → C3H5(OH)3 + 3C17H35COONa Майлармен натрий гидроксиді өзара әрекеттесу нәтижесінде қатты сабын алынады. 6) Көп атомды спирттермен – алкоголят түзіледі: HO-CH2-CH2ОН + 2NaOH → NaO-CH2-CH2-ONa + 2Н2O 7) Шынымен: ыстық натрийдің гидрототығы ұзақ әсерлесу нәтижесінде шынының беті күңгіртенеді (матовый): 4NaOH → (2Na2O)·SiO2 + 2H2O. Натрий гидроксиді немесе каустикалық сода (NаОН)-ақ түсті ылғалданған зат. Суда өте жақсы ериді, ол жасанды жібек, сабын, органикалық бояу, қағаз, текстиль және т.б. өндірістерінде көптеп қолданылады. өнім түрінде қатты және сұйық түрінде шығарылады. Қатты түріндегі натрий гидроксиді 2 маркалы: А және Б сәйкесін-ше химиялық және диафрагмалық түрінде шығарылса, сұйық күйінде 5 маркалы: А сынаптық, Б диафрагмалық сапаландырыл-ған, В диафрагмалық, Г және Д химиялық. Каустикалық соданы өндірісте 3 түрлі әдіспен алады. Олар: әкті, ферритті, электрохимиялық. Әкті әдіс-негізінде мына реакция арқылы алынады: Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3↓ Бұл кезде пайда болған натрий гидроксиді тұнбадан бөлініп алып, буландырылады. Бұл үрдіс қайтымды тепе-теңдік шарттары кальций гидрототығы мен карбонатының ерігіштіктің арақатына-сымен анықталады. Каустификациялау дәрежесі берілген ерітінді-дегі соданы шоғырлануы азайған сайын және температурасы тө-мендеген сайын көтеріле береді. Алайда іс-жүзінде үрдісті реагенттердің әрекеттесу жылдамдығын арттыру үшін және кальций карбонатының ірі кристалды тұнбасын алу үшін 800-1100оС арасында жүреді. Әдетте натрий карбонатын натрий гидроксидіне айналуы 90-95%-ға жетеді және құрамында 100-120г/дм3 натрий гидроксиді бар сілтілік ерітінді алады. Натрий гидроксиді немесе каустикалық соданы ферритті әдіс арқылы алуға болады: Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O∙Fe2O3 + CO↑ Na2O∙Fe2O3 + 2H2O = 2NaOH + Fe2O3∙H2O Бұл әдіс арқылы да натрий гидроксидін тұнбадан (Fe2O3∙H2O) бөліп алып, буландырып, кептіріп және балқытып, өнім ретінде алады. ТМД елдерінде, сонымен қатар Қазақстанда каустикалық соданы ферриттік әдіспен алу кеңінен қолданылады. Оған себеп өндірістік қалдықтың болмауы, өнім шоғырының жоғарылығы, нат-рий гидроксиді ерітіндісін буландыруға қажетті бу шығымының төменділігі. Натрий гидроксидін немесе каустикалық соданы өндірудің 3-ші жолы - электрохимиялық әдіс. Электрохимиялық әдіс негізінде ас тұзы ерітінділерін электролиздеу арқылы жүргізеді. Бұл әдіс өте көп шығынды, яғни энергиялық шығынды көп жұмсауына байланысты әдіс көп қолданылмайды. Сода ерітіндісін каустификациялау – каустикалық соданы алудың әктік тәсілін негізгі операциясы. Сода ерітіндісін әкпен немесе әк сутімен өндеу кезінде алмасу реакциясы жүреді де натрий гидрокарбонатының ерітіндісі пайда болады: Na2CO3 + Ca(OH)2 Û 2NaOH + CaCO3 Сілті мен хлорды алудың электролиттік тәсілдері катодта жүретін реакциялармен ерекшеленеді. Қатты катодты диафрагмалық тәсілде сутегі иондары электролитте сілті түзіп разрядталады. Анодты кеңістікке ыстық тазаланған тұзды су беріледі және түзілген хлоргаз шығарылады. Тұздың судың аноды кеңістіктен катодқа қозғалысы анолит пен католит деңгейінің айырмасы есебінен жүреді. Әкті әдіспен күйдіргіш натрды алудың технологиялық схемасы. 1-суретте каустикалық соданы әкті әдіспен алудың технологиялық схемасы көрсетілген. Сода ерітіндісі сода өндірісінің декарбонизациясынан сода ерітіндісін алу үшін жинақтағышқа 1 беріледі. Сол жерге шайылған шламға және сода ерітіндісіне әлсіз сілті беріледі. Реттегіш көмегімен тұрақты сода ерітіндісін дайындау үшін сұйықтықты дозаландырады. Дайындалған сода ерітіндісі ортадан тепкіш насос арқылы сөндіргіш каустикаторға 2 беріледі. Сол жерде бункерден 3 әк беріледі. Сөндіргіш каустикатордан суспензия жең арқылы қабылдағышқа құйылады. Басқа жең арқылы сөндірілген тастанды қалдықтар вагонға жүктеледі, сосын сумен жуылады, кейін отвалға жіберіледі. Сөндірудің негізгі процесі каустиканың бірінші сатысында 4 аяқталады, суспензия ортадан тепкіш насос арқылы беріледі. Бірінші каустификатор тұндырғышта 5 шлам сұйықтықтан бөлінеді. Бөлдірленген сұйықтық әлсіз сілті резервуарына 6, ары қарай буландырғыш бөлімге каустикалық балқуға жіберіледі. Шлам құрамында аз мөлшерде реттелмеген СаО, екінші каустикалық араластырғыш аппаратқа 7 беріледі, мұнда қосымша сода ерітіндісі қосылады. Екінші каустикадан соң суспензия насоспен екінші каустикалық тұндырғышқа 8 жіберіледі. Мөлдірленген сұйықтық тұндырғыштан буландырудан шыққан тұздар ерітіндісін және сода ерітіндісін дайындауға жіберіледі. Сосын шламды жуады.Шлам насос арқылы бірнеше шаюдан өтеді (суретте 2-еуі көрсетілген: бірінші 9 және соңғы 10). Қарсы ағынды шайғыш су беріледі. Соңғы шаюдан өткен шлам вакуум-фильтр каритасына 11өтеді, мұнда шлам шайылған сумен және таза сумен шайылады. Сосын шлам отвалға беріледі. Вакуум-фильтрдегі су сепараторда 12 ауадан бөлінеді, сосын соңғы шаюға беріледі. Содан ол қайтадан барлық шаюдан өтеді. Бірінші шайғыштан қолданылған яғни, шайылған су екінші сатылы каустификаторға беріледі. жүктеу/скачать 335,48 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|