Обработка результатов

14. Обработка результатов

 

Для расчета степени каустификации и других показателей оценки эффективности протекания процесса анализу подвергаются фильтрат и промывные воды для определения едкой (NaOH), карбонатной (Na₂CO₃) и известковой (Ca(OH)₂) щелочи. Для этого проводят титрование соляной кислой с известной концентрацией N_HCL в присутствии индикатора: для фильтра используется 1H раствор соляной кислоты, для промывных вод – 0,1Н раствор соляной кислоты. Совместное присутствие щелочных агентов усложняет анализ. Для идентификации каждого из компонентов применяется метод осаждения хлористым барием и оксалатом аммония.

Для определения общей щелочности 10 мл пробы переносят в коническую колбу, добавляют 10 мл дистиллированной воды и 3- 4 капли индикатора фенолфталеина и титруют раствором соляной кислоты до момента обесцвечивания розовой окраски (не перетитровать). Затем добавляют 3-4 капли индикатора метилового-оранжевого и дотитровывают кислотой до перехода окраски из желтой в розовую. Общее количество кислоты, израсходованное на титрование пробы с фенолфталеином и метиловым-оранжевым, отвечает общей щелочности и составляет V₁ мл.

Для определения карбоната натрия сначала оценивают содержание едкой и известковой щелочи путем осаждения присутствующего с ним карбоната натрия (Na₂CO₃) с помощью хлорида бария. Для этого 10 мл

пробы переносят в коническую колбу, добавляют 10 мл дистиллированной воды и прибавляют 30 мл 25 %-ного раствора хлорида бария (BaCL₂). При этом образуется нерастворимый карбонат бария и гидроксид бария по уравнениям реакции 6,7,8:

Na₂CO₃ + BaCL₂ = BaCO₃ ↓ + 2NaCl(6)

2NaOH + BaCL₂ = Ba(OH)₂ + 2NaCL(7)

Ca(OH)₂ + BaCL₂ = Ba(OH)₂ + CaCL₂(8)

К пробе после осаждения карбоната натрия добавляют 3-4 капли фенолфталеина и сразу немедленно титруют раствором соляной кислоты при осторожном помешивании до обесцвечивания розовой окраски. Долгое пребывание пробы исследуемого раствора на воздухе и интенсивное перемешивание ведут к значительному поглощению углекислого газа из воздуха. Количество кислоты, израсходованное на титрование эквивалентно содержанию едкого натра и гидроксида кальция, составляет V₂ мл. Разность V₁-V₂ соответствует содержанию карбоната кальция в растворе, концентрация которого определяется по формуле 15:

53 × N_HCL (V₁ - V₂)

C_Na2CO3 = ——————————— , г/л (15)

10

Для определения гидроксида кальция используется выделение его путем осаждения в присутствии оксалата аммония. При этом в исследуемом растворе протекают следующие реакции 9, 10, 11:

Ca(OH)₂ + (NH₄)₂ C₂O₄ = Ca C₂O₄ ↓ + 2NH₄OH (9)

2 NaOH + (NH₄)₂ C₂O₄ = Na₂ C₂O₄ + 2NH4OH (10)

NaCO₃ + (NH₄)₂ C₂O₄ = Na₂C₂O₄ + (NH ₄)₂CO₃ (11)

Для этого 10 мл пробы переносят в коническую колбу, добавляют 30 мл 3 %-ного раствора оксалата аммония, тщательно перемешивают и переносят содержимое колбы на предварительно взвешенный фильтр. По разнице масс абсолютно сухих фильтров с осадком и без него определяют концентрацию гидроксида кальция в пробе по формуле 16:

74 ∙ (m _{фильтр. с осад.} - m_фильт.) ∙ 100

C_Ca(OH)2 = ——————————————— , г/л (16)

128

По содержанию гидроксида кальция в пробе оценивается соответствующий объем соляной кислоты (V₃), который пошел бы на титрование 10 мл пробы для определения известковой щелочи по формуле 17:

10 · C_Ca(OH)2

V₃ = —————— , мл (17)

2 · 74 · N_HCL

 

Для определения едкого натра находят разность объемов титранта V₁ - V₂ - V₃. Концентрация гидроксида натрия в исследуемой пробе рассчитывается по формуле 18:

40 · N_HCl· (V₁ - V₂ - V₃)

C_NaOH= _{————————————————————} , г/л(18)

10

По полученным данным едкой, карбонатной и известковой щелочности рассчитывают массы щелочных агентов в фильтрате в пересчете на весь осадок и в промывных водах в пересчете на весь объем по формулам 19-24:

C_{NaOH в осад.} ∙m _осад.

m_{NaOH в осад.} = ——————————— , г (19)

1000

C_{Na2 CO3 в осад.} ∙ m осад.

m_{Na2CO3 в осад.} = ———————————— , г (20)

1000

С_Сa(OH)2 в осад. × m осад.

m_{Ca(OH)2 в осад.} = ———————————∙, г (21)

1000

m_осад. ∙ V_{общ. пр.в.}

m_{NaOH пр. в. =} С_NaOH пр.в. * ——————————— , г (22)

m проб ∙ 1000

mосад. ∙ Vобщ. пр.в.

m_Na2CО3 пр.в. = С_{Na2CO3 пр.в.} * ————————— , г (23)

m проб. ∙ 1000

mосад. ∙ Vобщ. пр.в.

m_Ca(OH)2 пр. в.= C_Ca(OH)2 пр.в. * ————————— , (24)

m проб. ∙ 1000

Степень каустификации ( выход гидроксида натрия) определяется по формулам 25-27:

(m_NaOH) факт

Х = ——————— ∙ 100 % (25)

(m_NaOH) теор.

, где (m_NaOH) факт = m _NaOH.восад. + m _{NaOH пр.в.}, г (26)

2 ∙ 40 (m_{NaOH в осад.}+ m_{NaОН пр.в.})

(m_NaOH) теор. = (m_NaOH) факт + г (27)

53

Результаты анализов и расчетов сводятся в таблицу 4 по образцу.

Таблица 5 Результаты анализов и расчетов

Длительность каустификации, мл

Время отбора пробы от начала опыта

Исходный раствор

Фильтрат

Промывные воды

Температура каустификации, ˚С

Степень каустификации Х,%

Объём, мл

СодержаниеNa2CO3

Объём V1,мл

Содержание

Объём V2, мл

Содержание

Na2CO3

NaOH

Ca(OH)2

Na2CO3

NaOH

Ca(OH)2

г

г/л

г/л

г

г/л

г

г/л

г

г/л

г

г/л

г

г/л

г

Приложение 1

Источником получения каустической соды (гидроксида натрия) с древних времен до начала Х1Х века были содовые озера Египта и некоторых других стран, а также щелочесодержащие растения, произрастающие по берегам Средиземного моря и Атлантического океана. Однако к концу ХV111 века эти источники уже не могли удовлетворять возросшую потребность в едком натре. Возникло фабричное производство гидроксида натрия, которое может по праву считаться родоначальником современной химической промышленности, так как впервые в крупном масштабе синтетическим путем стали получать продукт, ранее добывавшийся из естественных источников или из растений.

Каустическая сода (каустик) имеет несколько названий: гидроокись, едкий натр, гидроксид натрия. Название «натрий» ввел в науку шведский ученый Я. Берцелиус в 1811 г. От слова «natroo» - зола морских водорослей, из которых добывали соду. В твердом виде едкий натр и едкий калий впервые получил в 1792 г. русский ученый Г.Е. Ловец. В древности не делали различий между калиевыми и натриевыми соединениями. Лишь в ХV11 веке пришли к заключению, что щелочной раствор, получаемый из золы растений, отличается от щелочи, полученной из минеральных веществ. В золе растений содержатся главным образом калийные соединения, а из минеральных источников извлекаются натриевые соединения. В начале Х1Х века развитие производства каустической соды было тесно связано с развитием производства кальцинированной соды (карбоната натрия). Эта взаимосвязь была обусловлена тем, что сырьем для химического способа получения едкого натра служила кальцинированная сода, которая в виде содового раствора каустифицировалась известковым молоком. /11,13,16/

Чистый гидроксид натрия – белые, непрозрачные, твердые, ромбические кристаллы, схожие со структурой хлорида натрия. Едкий натр очень гигроскопичен, является хорошим абсорбентом углекислого газа. Поэтому при хранении на воздухе в составе технического продукта увеличивается содержание влаги (в виде кристаллогидрата NaOH ∙ H₂O) и карбоната натрия. Для обезвоживания гидроксида натрия применяют сильное нагревание в атмосфере свободной от углекислого газа. Для удаления карбонатов используют перекристаллизацию из эталона, в котором карбонаты практически не растворимы. Однако в большинстве случаев небольшое содержание примесей воды и карбонатов не мешает использованию щелочи. /13-15/

Гидроксид натрия – едкое вещество, при попадании на кожу вызывает долго незаживающие ожоги, а при систематическом воздействии вызывает язвы и экзему. Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого натра в воздухе производственных помещений 0,5 мг/м³ . /16/

Одним из наиболее ранних методов получения каустической соды является известковый способ, основанный на каустификации карбоната натрия известью или известковым молоком по уравнению 1:

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → 2NaOH + CaCO₃ ↓ (1)

←

Основными этапами каустификации являются: каустификация, отделение и промывка шлама, выпарка щелочей, плавка. Подача на каустификацию вместо известкового молока извести позволяет использовать в процессе теплоту гашения оксида кальция. Кроме того, образуется более концентрированный раствор едкого натра за счет вывода из процесса воды, поступающей с известковым молоком.

Глубина процесса каустификации зависит от состояния равновесия, которое для данного типа химических реакций определяется растворимостью трудно растворимых соединений гидроксид кальция и карбонат кальция. В начале процесса в растворе присутствует большое количество карбонат ионов (диссоциация карбоната натрия) снижающих и без того малую растворимость карбоната кальция. По мере каустификации в растворе накапливаются гидроксид ионы (диссоциация едкого натра) и уменьшается количество карбонат ионов, поэтому растворимость гидроксида кальция уменьшается. При достижении одинаковой растворимости наступает химическое равновесие.

Важной характеристикой процесса является равновесная степень каустификации (степень перехода кальцинированной соды в едкий натр), которая при прочих равных условиях снижается при увеличении содержания соды в исходном растворе. При понижении концентрации соды в исходном растворе степень каустификации повышается, однако вместе с этим возрастает также удельное содержание воды, что приводит к увеличению расхода греющего пара на выпарку, а следовательно к росту стоимости каустической соды.

Скорость достижения равновесия зависит от температуры, с ростом которой повышается скорость всего процесса. Кроме того, увеличение температуры способствует образованию крупнокристаллического осадка карбоната кальция, что улучшает отделение шлама от щелочных растворов при дальнейшей декантации.

Выявленные закономерности зависят от качества используемого сырья. В промышленности, где применяются технические сода и известь, в которых содержится значительное количество примесей разного состава, эти закономерности проявляются не однозначно. /2, 12, 14/

Процесс каустификации - пример гетерофазной системы жидкость-твердое (Ж-Т). Межфазные процессы широко распространены в химической технологии. Они возникают при образовании и растворении осадков, испарении и перегонки веществ, переходе веществ из одной фазы в другую, при адсорбции на поверхности твердых тел, экстракции из твердых тел. Скорость межфазных процессов обычно велика в начале контакта фаз и постепенно уменьшается во времени до некоторого постоянного значения, характеризуемого константой химического межфазного равновесия. Скорость гетерогенных процессов сильно зависти от перемешивания. При перемешивании вырабатываются концентрации в большей части объема, но у самой поверхности раздела фаз всегда остается небольшой концентрированный неисчезающий при перемешивании пограничный слой.

Для оценки эффективности возможных путей воздействия на скорость гетерогенной реакции важно знать, какая из стадий является наиболее медленной, определяющей скорость процесса в целом. Так как процесс каустификации лежит в кинетической области, то наиболее медленной стадией является химическое взаимодействие на границе разных фаз. При этом направление и скорость реакции зависит главным образом от соотношения концентраций гидроксид и карбонат ионов в растворе. /18,19/

На практике применяют 10-15 % раствор карбоната натрия, при этом достигается степень каустификации в среднем около 90 % и получают щёлок, содержащий 100 – 120 г/дм³ гидроокиси натрия. Низкая концентрация едкого натра в щёлоках - основной недостаток известкового метода. /1/

Весьма малый тепловой эффект реакции (1), а именно, 0,84 кДж показывает, что температура мало влияет на равновесную степень каустификации. Ниже приведены экспериментальные равновесные степени каустификации, полученные при постоянной концентрации исходного содового раствора и различной температуре:

температура, ⁰С8090100

степень каустификации, %97,196,896,9

Процесс каустификации ведут при температуре 90 – 100 ⁰С, что обеспечивает достаточно высокую скорость процесса и быстрое осаждение крупнокристаллического карбоната кальция. /2/

В 1882 г. был разработан и внедрён в промышленность ферритный способ получения едкого натра, также основанный на применении кальцинированной соды. Этот способ заключается в получении феррита натрия Na₂O · Fе₂О₃ и последующем его разложении водой или слабыми оборотными щёлочами. Феррит натрия образуется при спекании кальцинированной соды с окисью железа (ІІІ) при высокой температуре. Процесс спекания сопровождается реакцией 2:

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ =Na₂ О · Fe₂О₃ + CO₂(2)

При выщелачивании спека водой образуется едкий натр и окись железа (III) по уравнению реакции 3:

Na₂O Fe₂O₃ + H₂O = 2NaOH + Fe₂O₃ (3)

В настоящее время ферритный способ практически не применяется из-за технологической сложности и больших затрат ручного труда. /1,2/

В конце Х1Х в стали быстро развиваться электрохимические методы получения гидроксидов электролизом водных растворов солей (хлорида натрия). Это наиболее простой и экономичный метод одновременного получения трех важнейших химических продуктов – хлора, водорода, гидроксида натрия с использованием доступного и дешевого сырья для получения рассола. Эти факторы объясняют быстрое развитие электрохимического производства каустической соды как основного промышленного метода его получения. Благодаря чистоте получаемых продуктов, простому и компактному аппаратурному оформлению, а также несложности, одностадийности химико-технологической системы электролиз хлорида натрия – стал основным способом производства гидроксида натрия. /14/ Первый патент на электрохимический метод производства гидроксида натрия и хлора был получен русскими учеными Н. Глуховым и Ф. Ващуком в 1879 году, а уже в 1880 году стало возможным промышленное внедрение этого способа. Электролиз раствора хлорида натрия протекает по суммарной реакции 4:

2NaCL + 2H₂O = 2NaOH + CL₂ ↑ + H₂ ↑ (4)

Сырьем для получения исходного рассола является каменная соль, озерная соль, природные подземные растворы хлорида натрия.

В зависимости от применяемого катода электролиз проводят тремя способами: диафрагменным (с твердым катодом), ртутным (где катод-ртуть) и мембранным (где вместо диафрагмы используется катионно- или анионообменная мембрана). Каждый из указанных способов электролитического получения щелочи и хлора отличается реакциями, протекающими на катодах.

В диафрагменном способе на твердом катоде происходит разряд ионов водорода с образованием в электролите щелочи содержащей остаточное количество хлорида натрия. В анодное пространство подается горячий очищенный рассол и отводится образующий газообразный хлор. В отечественной промышленности применяются высокогерметичные электролизеры различной конструкции: вертикальной листовой асбестовой диафрагмой; с осажденной диафрагмой; с верхним токопроводом. Наибольшее использование нашли электролизеры с вертикальной осажденной диафрагмой и нижним токоподводом. (рис. 2) /12/ В процессе электролиза образуется 99 % хлор, 99,5 % водород и электролитическая щелочь, содержащая 130-135 г/л гидроксида натрия.

В ртутном способе часть поваренной соли разлагается с образованием хлора и амальгамы натрия (раствор натрия в ртути). Натриевая амальгама, перекачивается в другую ванну, где натрий вступает в реакцию 5 с водой:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ ↑ (5)

Раствор едкого натра идет на выпаривание, а чистая ртуть снова попадает в электролизер. Образующийся водород удаляется в цеховой коллектор, а чистая 50 % каустическая сода выводится как готовый продукт. Для промышленной реализации данного метода в основном используется горизонтальные электролизеры. Недостатком этого метода является использование сильно ядовитой ртути, создающей труднорешаемые проблемы газоочистки и сброса ее отходов.

Хороший технико-экономический эффект дает сочетание обоих способов (ртутного и диафрагменного), когда твердая и обратная соль из диафрагменных электролизеров подается до насыщения аналита из ванн с ртутным катодом, благодаря чему удается использовать дешевые подземные рассолы.

Для проведения мембранного способа электролиза используют электролизеры с ионообменной мембраной (нефильтрующий полимерный материал) которая разделяет анодное и катодное пространство. Насыщенный рассол подается в анодную камеру, ионообменная мембрана предотвращает попадание его в катодное пространство. Хлор выделяется на аноде и выводится из анодной камеры с обедненным рассолом. Ионы натрия проходят через мембрану в катодную камеру, куда подается вода в количестве, необходимом для получения щелочи, заданной концентрации. Для нормальной работы электролизера требуется глубокая очистка сырого рассола с добавлением ионообменных смол. Содержание магния (Mg²⁺) и кальция (Са²⁺) в очищенном рассоле должно быть не более 0,005 г/л. Перед подачей в электролизер рассол подкисляют соляной кислотой.

К достоинствам такого электролизера относят получение чистой каустической соды без применения ртути, что исключают загрязнение окружающей среды, отсутствие водорода в хлориде, относительно низкий расход электроэнергии. /12/

Приложение 2

Технологическая схема производства едкого натра известковым способом

Цех известковой каустической соды выпускающий твердый едкий натр, имеет следующие производственные участки: каустификации, отделения и промывки шлама, концентрирования слабых щелочей (выпарки), плавки.

Каустификация

На рис. 3 приведена технологическая схема производства едкого натра в отделении каустификации. Основной особенностью этой схемы является одновременное проведение реакций гашения извести и каустификации содового раствора в одном аппарате – гасителе – каустификаторе, в котором степень каустификации достигает 75-80 %. На гашение извести в гаситель подают не воду, как обычно, а содовый раствор. Для уменьшения потерь извести предусматривается дополнительная каустификация образовавшегося в гасителе – каустификаторе шлама, содержащего непрореагировавший оксид кальция.

Жженую известь из силоса – хранилища 1 дозируют лотковым шпателем 3 в гаситель – каустификатор 6. Одновременно с известью из

напорной мешалки 4 в гаситель поступает «нормальный» соловый раствор (93-95 % от стехиометрического). Напорная мешалка 4 имеет перелив, через который избыток «нормального» содового раствора сливается в мешалку перелива 29. Суспензия, содержащая гидроксид натрия, карбонат натрия, карбонат кальция и избыточную известь, по сифонной трубе перетекает в сифонное корыто 9 с ситчатой корзиной, которая имеет отверстия размером 4 х 4 мм. Не прошедшие через отверстия кусочки извести и несгоревшего топлива периодически выгружают из корзины в отвал. Крупные негашеные куски извести, и необожженный известняк промывают у порога гасителя водой (на рис. 3 не показано), направляют в бункер недопала 8 и возвращают из него на повторный обжиг или направляют в отвал.

Из сифонного корыта 9 щелочная суспензия перетекает в приемную мешалку суспензии 28, затем проходит пескоуловитель 27 и насосом 26 подается в каустификатор первой каустификации 10 для более полного использования извести. Степень каустификации раствора на выходе из каустификатора 10 составляет около 84 %. Избыток суспензии из мешалки 28 через перелив попадает в мешалку перелива 29, смешивается с «нормальным» содовым раствором и насосом 30 перекачивается в напорный сборник 4 гасителя-каустификатора. Здесь суспензия после полуторачасового пребывания проходит пескоуловитель (на рис. 3 не показано) и центробежным насосом 25 подается в ряд параллельно работающих отстойников 12 (на схеме показан только один). Осветленный слабый щелок при температуре около 80^о С, содержащий в среднем 130 г/л едкого натра, 30 г/л карбоната натрия и 11,3 г/л сульфата натрия, отбирают из переливного желоба отстойника и собирают в сборник слабых щелоков 14 и далее передают на выпарку. Шлам из отстойника 12 поступает в каустификатор 13 второй каустификации.

Для полного использования оставшейся в шламе извести вторую каустификацию проводят при большом избытке соды (более 50 %).

Необходимый для создания требуемого избытка содовый раствор подают в каустификатор 13. Здесь степень каустификации раствора обычно не превышает 55 %.

Для разжижения шлама в каустификатор 13 поступает осветленная жидкость со второго яруса шестиярусного промывателя шлама 22. На верхний ярус промывателя шлама 22 насосом 23 направляют суспензию из 13. Промывка шлама в промывателе 22 осуществляется конденсатом отделения выпарки и фильтром шламовых фильтратов, смешивающихся в сборнике 18.

Промывную воду при температуре около 75⁰С направляют через промыватель 22 противоточно шламу снизу вверх с помощью насосов 24. С верхнего яруса промывателя промывная вода направляется в отделение выпарки для растворения солей выпарки (карбоната натрия и сульфата натрия), выделяющихся при концентрировании слабого щелока. Промытый шлам, имеющий температуру 75-80⁰ С, поступает в сборник шлама 21 и подается в корыто барабанного вакуум-фильтра 15. Отфильтрованный и промытый конденсатом шлам срезают с поверхности фильтра в шнековую мешалку 17; сюда же одновременно подают воду для разбавления шлама и через сборник мешалку шлама 19 насосом 20 откачивают на «белое море».

Сборники 2, 5, и 7 служат для хранения содового раствора, получаемого при растворении солей выпарки и промывных вод соответственно. Дозируя указанные растворы в смеситель 33, получают «нормальный» содовый раствор, который насосом 32 перекачивают через подогреватель 31 в напорный сборник «нормального» содового раствора».

Отделение и промывка шлама

Раствор каустической соды (слабый щелок) необходимо отделить от шлама и осветлить. При упаривании раствора соотношение концентраций гидроксида и карбоната натрия остается неизменным. При дальнейшем упаривании мутного раствора его состав будет изменяться, так как в нем одновременно с упариванием будет протекать обратная реакция – взаимодействие твердого карбоната кальция с гидроксидом натрия с образованием эквивалентных количеств гидроксида кальция и карбоната натрия. Таким образом, содержание соды в растворе будет возрастать, а степень каустификации снижаться. Из этого следует, что перед подачей каустифицированого раствора на выпарку он должен быть тщательно осветлен.

Скорость и полнота отделения шлама от слабого щелока зависят от качества обжигаемого известняка, условий его отжига, избытка извести и других факторов.

Условия гашения извести также заметно сказываются на скорости осветления щелока. Если применять известковое молоко, полученное из негашеной извести, скорость осветления составляет 1,06 – 1,48 кг/ч, а если используют известковое молоко, полученное обычным способом, скорость осветления снижается до 0,16 – 0,28 кг/ч.

Так же на скорость осветления заметно влияет избыток извести в каустифицированном растворе. При проведении каустификации с 7 %-ным недостатком извести скорость отстаивания шлама составляет 1,6 кг/ч, при 1 %-ном избытке извести скорость отстаивания образующегося шлама снижает до 0,9 кг/ч за счет медленного осаждения частиц гидроксида кальция и образования более мелких частиц карбоната кальция.

Хорошая промывка шлама минимальным количеством промывной воды обеспечивается при сочетании промывочной многоступенчатой декантации шлама с последующей его фильтрацией.

В технологических схемах производства гидроксида натрия часто предусматривается повторная каустификация шлама свежим содовым раствором, что приводит к увеличению концентрации слабого щелока. /2/

Концентрация слабых щелоков (выпарка)

В отделение выпарки из отделения каустификации поступают слабые растворы щелока, содержащие около 130 г/л гидроксида натрия, 30 г/л карбоната натрия и 11,3 г/л сульфата натрия. При концентрировании слабых щелоков в твердую фазу выделяется карбонат натрия и сульфат натрия.

При дальнейших концентрациях гидроксида натрия в растворе наблюдается высокое пересыщение карбоната натрия и сульфата натрия, которое очень медленно снижается в результате старения раствора.

В процессе выпаривания важно не только максимально выделить примеси в твердую фазу, но и получить крупные быстро осаждающиеся кристаллы карбоната натрия и сульфата натрия. Полнота выделения солей обеспечивается высокой концентрацией гидроксида натрия и длительного выдерживания раствора едкого натра, обеспечивающей снятие пересыщения по карбонату натрия и сульфату натрия.

Если в растворе содержится воздух, он заметно ухудшает процесс осаждения твердой фазы, образуя с раствором устойчивую пену, захватывающую значительное количество кристаллизирующейся соли в виде мелких кристаллов, окруженных пузырьками воздуха. Поэтому для быстрого осаждения солей, а следовательно и для получения чистого продукта важно максимально исключить контакт выпариваемого раствора с воздухом. /2/

Плавка едкого натра

Максимальная концентрация едкого натра, достигаемая в выпарных установках, составляет примерно 70 %. Более концентрированные растворы едкого натра обладают большой вязкостью, что делает дальнейшее обезвоживание гидроксида натрия в выпарных установках неэкономичным. Для дальнейшего обезвоживания в промышленности применяют плавильные котлы, изготовленные из щелостойкого серого грунта.

Температура кипения едкого натра при атмосферном давлении составляет 1388⁰ С, поэтому полное обезвоживание гидроксида натрия возможно лишь при этой температуре. Достижение такой температуры связано с техническими трудностями. Для нагрева плава до такой температуры используют дымовые газы, образующиеся при сжигании угля, мазута или природного газа.

Обезвоживание едкого натра протекает в одном плавильном горшке /периодический процесс/ или в батарее из 6-9 плавильных горшков, соединенных последовательно. В этом случае плавка едкого натра ведется непрерывно, так как обезвоживание продукта осуществляется по мере движения его через плавильные горшки.

Наиболее важной операцией в отделении плавки является очистка расплава. Водные растворы гидроксида натрия при высоких температурах очень агрессивны, поэтому первые по ходу едкого натрия подогреватели и котлы могут разрушаться. Для защиты стенок аппаратов от коррозии к раствору едкого натра, перед подачей его на плавку, добавляют 1,3 –1,5 кг/т NaNo₃ или серу. Образующаяся в результате коррозии окись железа Fe²⁺ окисляется нитратом до трехвалентного железа - Fe³⁺ и в виде оксида Fe₂O₃ легко осаждается на дно плавильных горшков. На стенках образуется покрытие из Fe₂O₃, препятствующее дальнейшему коррозионному разрушению аппарата. А сера способствует получению едкого натра белого цвета, разрушая соединения, окрашивающие расплав в зеленый цвет.

При охлаждении плава в последнем плавильном котле образуются три слоя: верхний слой – белая каустическая сода в количестве 95 % массы всего плава /готовый продукт/, средний слой – серая каустическая сода в количестве 3 %, возвращается обычно в соседний котел и нижний слой - красного цвета в количестве 2 % - отход производства, который сливается в отдельные барабаны. /2/

Рис.2. Диафрагменный электролизер.

Рис.5. Технологическая схема производства едкого натра известковым способом (отделение каустификации):

1 – силос для извести; 2,11 – сборники содового раствора; 3 – лотковый питатель; 4 – напорный сборник содового раствора; 5 – сборник раствора, полученного при растворении солей выпарки; 6 – гаситель–каустификатор; 7 – сборник промывных вод; 8 – бункер недопада; 9 – сифонное корыто; 10, 13 – каустификаторы первой и второй каустификации; 12 – отстойник; 14 – сборник слабых щелоков; 15 – барабанный вакуум-фильтр; 16 – напорный бак конденсата; 17 – шнековая мешалка; 18 – сборник конденсата и фильтрата; 19 – мешалка шлама; 20, 23–26, 30, 32 – насосы; 21, 28 – приемные мешалки шлама и суспензии; 22 – шестиярусный промыватель шлама; 27 – пескоулавитель; 29 – мешалка перелива; 31 – трубчатый подогреватель; 33 – смеситель для получения нормального содового раствора.

Приложение 3

 

Ультратермостат и аккумулятор холода

 

Обслуживание и уход за ультратермостатом и аккумулятором холода. Подготовка к работе

Прежде чем приступить к работе следует очистить бак и части, защищенные противокоррозионными средствами, а затем предотвратить возможность поражения электрическим током (зануление, заземление).

В зависимости от температурных пределов, в которых предусматривается работа, бак ультратермостата следует наполнить жидкостью согласно таблице, приведенной в паспорте.

В случае совместной работы ультратермостата с аккумулятором холода или другим прибором, этот взаимодействующий прибор необходимо наполнить такой же самой охлаждающей жидкостью, какой наполнен ультратермостат.

После этого взаимодействующие приборы соединить резиновыми или металлическими шлангами, в зависимости от рабочей температуры.

В случае работы ультратермостата без взаимодействующего прибора, наконечник насоса следует соединить с наконечником при помощи замыкающего трубопровода, входящего в оснащение ультратермостата.

В металлическую оправу установить соответствующий контактный термометр и соединить его при помощи штепсельной вилки с термоузлом.

После предварительного снятия с магнитов короткозамыкающей перемычки, надеть на термометр головку. Вращая головку установить поперечный указатель термометра на требуемую температуру.

При вращении вправо повышают температуру, а влево снижают.

Отвернуть гайку гнезда контрольного термометра и установить в нем термометр, соответствующий данному температурному пределу.

При помощи электропровода подключить ультратермостат к сети переменного тока 220 В/50 Гц.

После выполнения вышеперечисленных операций можно приступить к нормальной работе.

Примечание: запуск ультратермостата без предварительного наполнения бака жидкостью угрожает немедленной порче нагревателя.

Работа в пределах от температуры окружающей среды до + 99⁰ с

Для получения номинальной точности (± 0,05⁰ С) в вышеуказанных пределах температур (а в особенности от температуры + 50⁰ С) следует включить холодильник в систему циркуляции охлаждающей жидкостью. С этой целью один наконечник холодильника соединяют при помощи резинового шланга с водопроводным краном, а второй с водоотводной раковиной.

Задачей охлаждающей жидкости, проходящей через холодильник, является выравнивание тепловых импульсов, образуемых нагревателем. Количество воды, проходящей через холодильник, следует регулировать в соответствии с рабочей температурой (чем выше температура, тем меньше количество проходящей воды).

Регулировку количества воды выполняют при помощи крана или дросселя, установленного между краном и холодильником.

Работа в пределах температур от 99⁰с до 200⁰с

Бак ультратермостата следует наполнить глицерином, гликолем или минеральным маслом, имеющим температуру воспламенения свыше 250⁰С.

Наконечники насоса следует соединить металлическим трубопроводом вместо резинового шланга.

Перед пуском ультратермостата необходимо выключить штепсельную вилку двигателя насоса и таким образом подогреть жидкость до температуры около 100⁰ С, а затем запустить насос, включая электродвигатель.

Включение электродвигателя в то время, когда жидкость (переносящий агент) еще густая, угрожает повреждением электродвигателя насоса.

Работа с аккумулятором холода

В случае работы при температуре ниже температуры водопроводной воды, ультратермостат необходимо присоединить к аккумулятору холода при помощи соответствующих трубопроводов.

Во внутреннем баке аккумулятора поместить охлаждающий фактор – сухой лед СО₂, залить спиртом и плотно закрыть крышкой.

Охлаждающую камеру наполнить термостатической жидкостью через отверстие гнезда контрольного термометра.

Гнездо термометра установить термометр и закрепить гайку. После запуска насоса ультратермостата проверить находится ли в циркуляции достаточное количество термостатической жидкости и в случае необходимости дополнить до уровня 40 мм от верхней крышки.

Нормально оборудованный ультратермостат позволяет временно работать в пределах отрицательных температур без гарантии получения номинальной точности (0,05⁰С).

В случае непрерывной работы в этих температурных пределах следует применять нагреватель мощностью 250 Вт, который поставляет завод-изготовитель по особому заказу.

Консервация

В случае длительного перерыва в работе ультратермостата или аккумулятора холода, следует, безусловно, удалить из приборов термостатическую жидкость, а затем тщательно осушить.

Из ультратермостата жидкость следует удалять, не наклоняя его, при помощи механических приборов во избежание повреждения электрического оборудования.

Пример выполнения лабораторной работы

1.  Подготовили необходимую посуду и оборудование.

2.  Приготовили растворы и проверили их концентрацию.

2.1Приготовили раствор 1Н соляной кислоты (НС1) для титрования.

С помощью ареометра определили исходную концентрацию соляной кислоты р_{конц.НС1}=1,172г/мл. По справочнику определи процентную концентрацию кислоты W=34,18%. По формуле (4) рассчитали объем соляной кислоты необходимый для приготовления 1000 мл 1Н раствора кислоты V_{конц.НС1}=91.1 мл