Виробництво каустику діафрагменним методом та методом рідкого катоду

Робилися спроби очищення діафрагмової каустичної соди з метою наближення її якості до каустичної соди, що отримується електролізом з рідким ртутним катодом, щоб зробити її придатною для найбільш кваліфікованих споживачів.

На найбільшу  увагу заслуговує очищення розчинів каустичної соди екстракцією домішок рідким аміаком під тиском. Схема установки показана на рис. 6. Очищення проводиться в проточній екстракційній колоні під тиском близько 100 ат. на верх колони подається 50%-ний розчин каустичної соди, а в низ колони 70-95%-ный розчин аміаку у воді. У екстракційній колоні при 80-100 °C відбувається витягання основних домішок з розчину каустичної соди в аміачну фазу. З нижньої частини колони відбирається розчин чистої каустичної соди з деяким вмістом аміаку, а з верхньої частини - аміачна фаза з екстрагованими з каустичної соди домішками і деякою кількістю розчиненою в ній лугів (близько 5% від тієї, що поступила на очищення).

Розчин чистої каустичної соди відпарюють від залишків аміаку, а аміачну фазу передають на установку регенерації аміаку. Після відгону аміаку розчин лугу із забрудненнями виводиться на системи.

Нижче приведений склад вихідної і очищеної каустичної соди :

В м і с т %
Склад	До очищення	Після очищення
NaOH	50,0	50,0
Na2CO3	0,1-0,3	0,15
Na2SO4	0,013-0,020	0,01
NaCI	1,0	0,08
NaCIO3	0,05-0,1	0,0002
CaO	0,0017	0,001
MgO	0,001-0,002	0,001
AI2O3	0,0013-0,0030	0,0015
SiO2	0,018-0,025	0,009
NH3	-	0,0002
Fe	0,0005	0,00025
Ni	0,00003	0,00001
Cu	0,00003	0,00002
Mn	0,00001-0,00006	0,00003

 

Аміачний спосіб очищення дозволяє видалити основні  забруднення, проте отримувана при  цьому каустична сода поступається по чистоті отриманою по методу електролізу з ртутним катодом.

Рис. 6. Очищення каустичної соди шляхом екстракції домішок аміаком

1– насос для каустичної соди, яка йде на очищення; 2 – насоси для аміачної фази; 3 -  екстрактор; 4 – колона для відгону аміаку; 5 – відведення брудного лугу; 6 – конденсатор; 7 – збірник рідкого аміаку; 8 – проміжний бак очищеного лугу; 9 -  кип'ятильник; 10 – сепаратор; 11 – холодильники; 12 – вакуум-насос; 13 – скрубер; 14 – викид.

 

Аміачний метод  очищення каустичної соди, що отримується  електролізом з діафрагмою, застосовувався в досить широких масштабах в США. Проте розвиток техніки і поліпшення техніко-економічних показників електролізу з ртутним катодом, досягнуті в останні десятиліття, роблять цей спосіб виробництва чистої каустичної соди найбільш економічним. Останнім часом опубліковані повідомлення про удосконалення аміачного способу очищення каустичної соди, і можливості проведення одно стадійного процесу очищення лише від куховарської солі, домішок хлоратів і води, але також і від з'єднань заліза, нікелю і інших металів.

 

 

 

РОЗДІЛ 4. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА.

4.1. Технологічний  розрахунок основного апарату

      Матеріальний розрахунок стадії  очищення розсолу .

У 1000 кг розсолу  міститься:

NaCl: 1000×0,2=200 кг;

MgCl₂: 1000×0,006=6 кг;

CaSO₄: 1000×0,067=67 кг;

CaCl₂: 1000×0,003=3 кг;

інше вода: 1000-(200+6+67+3)=724 кг.

Витрата Ca(OH)₂ 100%-ого по реакції (1):  кг;

при 10%-му надлишку Ca(OH)₂ 100%-ого: 4,66×1,1=5,13 кг;

розчину Ca(OH)₂: 5,13/0,5=10,26, у ньому води: 10,26-5,13=5,13 кг.

Витрата Na₂CO₃:

по реакції (1) утворилося СаCl₂:  кг;

по реакції (2) витрачається соди:  кг;

по реакції (2) витрачається соди на вихідну кількість  СаCl₂:  кг;

по реакції (3) витрачається соди:  кг;

по реакції (4) витрачається соди на надлишкову кількість  Сa(OH)₂:  кг;

Разом витрачається соди: 6,68+2,56+52,22+0,67=62,43 кг;

с урахуванням 5%-го надлишку: 62,43×1,05=65,55 кг.

По реакції (1) утворюється Mg(OH)₂:  кг.

CaCO₃ утворюється по реакції (2) із СaCl₂ реакції (1): кг,

по реакції (2) з вихідного СaCl₂:  кг,

по реакції (3):  кг,

по реакції (4) з надлишкового Ca(OH)₂:  кг.

Разом утворюється CaCO₃: 6,31+2,70+49,30+0,63=58,94 кг.

NaCl утворюється по реакції (2) із СaCl₂ реакції (1):  кг,

по реакції (2) з вихідного СaCl₂:  кг.

Разом утворюється NaCl: 7,37+3,16=10,53 кг.

Na₂SO₄ утворюється по реакції (3):  кг.

NaOH утворюється  по реакції (4):  кг.

 

4.2. Матеріальний  баланс процесу каустику 

Розчин хлориду  натрію (розсіл) – вихідну сировину – одержують шляхом підземного вилужування кам'яної солі в свердловинах методом гідро врубу ; розчиненням кам'яної солі, добутої в шахтах, а також шляхом осадження солі в спеціальних басейнах або в природних озерах з одержанням розсолу необхідної концентрації.

Через наявність  домішок у сировині не вдається одержати чистий розсіл для безпосереднього  використання у виробництві соди. Він містить домішки солей  Са і Mg. Якщо їх не видалити, то на наступній  стадії – абсорбції – при поглинанні аміаку і диоксида вуглецю з розсолу будуть випадати в осад погано розчинні у воді сполуки СаСО₃, Mg(OH)₂, NaCl×Na₂CO₃×MgCO₃ і (NH₄)₂CO₃×MgCO₃, що приведе до забруднення апаратури, трубопроводів, а також до забруднення готової продукції – соди. Тому розсіл піддають очищенню від солей кальцію і магнію. На содових заводах розсіл очищають від домішок вапняно-содовим способом: для осадження солей кальцію використовують соду, для осадження солей магнію – вапняну суспензію. У процесі очищення магній осаджується з розсолу у виді гидроксиду, а кальцій – у виді карбонату. Отримана суспензія відстоюється. З відстійника розсіл надходить у відділення абсорбції. Після відстоювання утворюється очищений розсіл з вмістом зважених часток на рівні слідів і шлам з вмістом твердих речовин СаСО₃ і Mg(OH)₂ 250±20 г/л. Щільність розсолу перед відстоюванням розрахуємо за принципом адитивності:

,

де   - щільність і-го компонента;

n_i – масова частка і-го компонента.

Речовина	, кг/дм3 [3]
NaCl	2,165
Mg(OH)2	2,350
CaCO3	2,930
Na2SO4	2,698
NaOH	2,130
H2O	1,000
Na2CO3	2,533

2,165 0,1957+2,35 0,0034 2,93 0,0548+2,698 0,065+2,13 0,0005+1 0,6777+2,533 0,0029=1,31 кг/дм³.

При такій щільності  об’єм, що займає 1075,86 кг суспензії, складе

 дм³.

Вміст у ньому зважених часток CaCO₃ і Mg(OH)₂ складає   кг/дм³=76 г/дм³.

    За  умови, що після відстоювання  розсіл не містить зважених  часток, а шлам містить (у середньому) 250 г/л зважених часток, то кількість  шламу, що утворюється з неочищеного  розсолу складе   кг.

    Вміст  твердих часток CaCO₃ і Mg(OH)₂ складає 62,61 кг або 62,61/327,06∙100=19,14%. Кількість розсолу, що міститься в шламі, складе:

327,06-62,61=264,45 кг  або 264,45/327,06 100=80,86%.

    Для  визначення кількості NaCl, Na₂SO₄, NaOH і H₂O у шламі розрахуємо його склад у відсутності зважених часток. Маса розсолу без зважених часток складає:

1075,86-58,94-3,67=1013,25 кг.

Тоді вміст NaCl, Na₂SO₄, NaOH і H₂O відповідно складе:

;

;

;

.

Вміст цих речовин  у шламі складе:

NaCl: 264,45 0,2078=55 кг;

Na₂SO₄: 264,45 0,069=18,3 кг;

NaOH: 264,45 0,0005=0,13 кг;

H₂O: 264,45∙0,726=190,3 кг.

Таким чином, при  одержанні 1т очищеного і проясненого  розчину утвориться шламу:  кг,  з вмістом у ньому:

СaCO₃+Mg(OH)₂ – 19

NaCl: ;

Na₂SO₄:  ;

NaOH:  ;

H₂O: 

 

4.3. Розрахунок (оцінка) кількості відходів  каустику

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновки

1.      З проведеного опрацювання ми визначили що виробництво каустику є дуже важким технологічним процесом , і тому необхідне сучасне виробництво . Таким чином, при сучасному виробництві каустику утворюються відходи, які не виділяються і не використовуються, а тільки складаються в шламонакопичувачі . Екологічні проблеми регіонів, де розташовані такі виробництва, відомі - це забруднення ораних земель, річок, повітря та інші. В той же час майже в усіх країнах світу проблема відходів розглядається як пріоритетна з відповідною державною підтримкою.
2. У  друму питанні були наведені технологічні схеми для реалізації виробництва каустику діафрагм енним методом та методом рідкого ртутного катоду. Доведено, що впровадження виробництва каустику двома заданими методами дозволяє в порівнянні з класичною схемою значно підвищити якість розсолу і підготовки його до електролізу, сам процес електролізу, випарку і плавку каустичної соди і первинну переробку хлору і водню, що включає їх охолоджування, осушення.
3. Таким чином, повернення близького до насичення розчину NaCl на розсолоочистку і переробку твердої фази, що містить, в основному, СаСО3, Mg(OH)2 і CaSO4?2Н2О в виробництві белітових в'язких як сировину, дозволить реалізувати два режимно-технологічних прийоми екологізації (рециркуляція і суміщення) і один апаратурно-конструктивний (замкнутість структури), а також принципи: локальне знешкодження викидів, рекуперація, утилізація відходів, ресурсозбереження, комплексність що дозволяє  максимально захистити середовище  і впровадження нових технологій .

 

 

 

 

СПИСОК  ВИКОРИСТАНОЇ ЛУТЕРАТУРИ

1. Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. – М.:Химия, 1974. – 599 с.
2. Генин Л.С., Ковалев Н.М. Современное производство хлора и каустической соды. – М.:Госинти, 1960. – 100 с.
3. Горбачев А.К. Технічна електрохімія, частина I, електрохімічні виробництва хімічних продуктів. – Харків:Прапор, 2002. – 256 с.
4. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. - М.:Химия, 1986. - 312с.
5. Шокин И.Н., Крашенинников С.А. Технология соды. - М.:Химия, 1975. - 288с.