Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Химия->Реферат
Углеводы, в первую очередь целлюлоза, являются самыми распространенными органическими соединениями на Земле В организме млекопитающих на долю углеводо...полностью>>
Химия->Учебное пособие
Практическое применение методов титриметрического анализа требует знания теоретических основ, поэтому к выполнению лабораторных работ можно приступать...полностью>>
Химия->Курсовая работа
Молока считается наиболее ценным продуктом животного и растительного мира, т е наиболее ценным в биологическом и пищевом отношении, т к содержит все н...полностью>>
Химия->Реферат
Золь-гель технология (гелевая технология) (англ The sol-gel process) - технология получения материалов с определенными химическими и физико-механическ...полностью>>

Главная > Учебное пособие >Химия

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Введение

Гидроксид натрия (каустическая сода) используется во многих отраслях промышленности: химической, металлургической, нефтеперерабатывающей, мыловаренной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, текстильной, кожевенной, в производстве искусственных волокон. Едкий натр используется в виде раствора для обезжиривания деталей в гальванотехнике, для очистки котлов и радиаторов от накипи, нефтепродуктов от примесей, воздуха от углекислого газа, как электролит в щелочных аккумуляторах. /2, 3,8/

Ежегодная мировая выработка едкого натра исчисляется миллионами тонн, причем большая часть производится электролизом раствора хлорида натрия. Ранее гидроксид натрия получали обменным разложением соды с гидроксидом кальция (известковый способ) или спеканием соды с окисью железа (ферритный метод).

В настоящее время гидроксид натрия в промышленности производится электролитическим методом. В основе этого метода лежит свойство водных растворов хлоридов щелочных металлов под воздействием постоянного тока разлагаться с выделением газообразного хлора и водорода на электродах. При этом в электролитической ванне накапливается гидроксид натрия.

Различают 3 метода промышленного электролиза: диафрагменный – с твердым стальным катодом, ртутный – с использованием жидкой ртути в качестве катода и мембранный метод получения. В качестве анода в основном применяются графитовые стержни./2/

Ферритный способ производства гидроксида натрия заключается в получении феррита натрия Na2O · Fe2O3 и последующем его разложением водой или слабыми оборотными щелочами. Феррит натрия образуется при спекании кальцинированной соды с окисью железа (111) при высокой температуре. Процесс спекания сопровождается реакцией 1:

Na2CO3 + Fe2 O3 = Na2 O · Fe2 O 3 + CO2 - 142,8 кДж (1)

При выщелачивании спека водой образуется едкий натр и окись железа (111) по уравнению реакции 2:

Na2 O Fe2 O3 + H2 O = 2Na OH + Fe 2O 3 + 13,8 кДж (2)

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

Химический способ получения основан на взаимодействии карбоната натрия с известью или известковым молоком (каустификация) согласно уравнению 3:

Na2 CO3 + Ca (OH)2 = Ca CO3 ↓ + 2 NaОH (3)

Этот метод производства каустической соды был известен еще в древнем Египте. Основными этапами промышленной реализации данного метода является: каустификация содового раствора, отделение и промывка шлама, выпарка щелочи, плавка соды и высокотемпературное гранулирование гидроксида натрия. Химический способ в последнее время также не находит широкого применения вследствие больших энергозатрат при выпаривании щелочных растворов низкой концентрации.

Каустификация относится к типичным гетерогенным некаталитическим процессам, достаточно широко применяемым в химической технологии, например, при производстве целлюлозы по сульфатному методу. /1/

1. Цель работы

Целью данной работы является: освоение метода получения гидроксида натрия каустификацией содового раствора; изучение особенностей протекания химических реакций в гетерогенных системах; исследование влияния параметров технологического процесса на равноценную степень каустификации.

2. Мотивация цели

Огромный масштаб производства гидроксида натрия (каустической соды) свидетельствует о большом значении этого продукта для народного хозяйства. Еще великий русский химик Д.И. Менделеев говорил: «Ныне нельзя себе представить развитие промышленности без потребления соды». Действительно, трудно найти такую отрасль промышленности, где бы ни применялся гидроксид натрия. Из общего количества вырабатываемой щелочи ее потребление в разных областях народного хозяйства в среднем составляет в %: нефтехимическая промышленность – 12 %; целлюлозно-бумажная промышленность - 3 %; металлургия - 9 %; химическая промышленность – 76 %.

Наиболее материалоемкими химическими производствами по потреблению гидроксида натрия являются производство целлюлозы по сульфатному методу и производство глинозема по мокрому щелочному способу.

Выработка каустической соды в России во второй половине ХХ века в среднем составляла 1899 тыс. тонн в год против 100 тыс. тонн в год в Х1Х веке.

Едкий натр выпускают в твердом и жидком виде. Твердый едкий натр выпускается следующих марок: ТХ – 1 - твердый плавленый; ТХ – 2 - твердый чешуированый. Жидкий едкий натр выпускается шести марок: РХ – 1 и РХ – 2 - растворы химические; РР – раствор ртутный; РДУ, РД - 1 и РД – 2 – растворы диафрагменные.

Промышленные методы производства гидроксида натрия более подробно представлены в приложении 1. /2/

Каустификация содового раствора представляет собой основную операцию известкового способа получения едкого натра. Каустификация относится к типичным гетерогенным некаталитическим процессам, протекающим при невысокой температуре.

В производстве едкого натра содовый раствор, получаемый декарбонизацией сырого бикарбоната (разложение водой суспензии бикарбоната натрия острым паром) протекает по уравнению реакции 4:

2Na HCO3 = Na2 CO3 + H2 O + CO2 – Q (4)

или растворением кальцинированной соды, обрабатывают известью или известковым молоком. При этом в результате реакции образуется осадок карбоната кальция по уравнению 5:

Na2 CO3 + Ca (OH)2 = Ca CO3 + 2Na OH (5)

Процесс каустификации содового раствора служит характерным примером обратимого взаимодействия, идущего в кинетической области, в системе жидкость – твердое (Ж-Т). Ход реакции (5) определяется равновесием в этой многокомпонентной системе, причем направление и скорость реакции зависит главным образом от соотношения растворимостей наименее растворимых компонентов гидроксида кальция (Ca (OH)2) и карбоната кальция (Ca CO3), то есть от концентрации гидроксид ионов (ОН-) и карбонат ионов (CO3 2-) в растворе.

Константа равновесия обратимой реакции (5) в общем виде выражается по формуле 1:

Ca Co3 Na OH2

К = ——————————————(1)

Ca (OH)2 Na2CO3

Поскольку при каустификации в реакционной смеси присутствует твердая фаза гидроокиси и карбоната кальция, то величины  Ca CO3 и Ca(OH)2 постоянны, и их можно включить в величину константы равновесия по формуле 2:

Cа (OH)2 [Na OH]2 [Na+]2 [OH-]2 [OH-]2

К= ————— = К1 = ——————— = ————————— = ————— (2)

[Сa CO3] [Na2 CO3] [Na+]2 [CO2-3] [CO2 -3]

Выразив значение [OH-]2 и [CO32-] через произведения растворимостей соответствующих веществ получим значение константы равновесия в зависимости от растворимости гидроокиси и карбоната кальция по формуле 3:

ПР Са(ОН)2

К = —————— (3)

ПР Са СО3

Из выражения (3) видно, что равновесие в рассматриваемой системе определяется исключительно соотношением растворимостей гидроксида и карбоната кальция. Отсюда можно определить пути повышения равновесного выхода едкого натрия (NaOH) называемого степенью каустификации.

Основным способом повышения равновесной степени каустификации (то есть степени превращения карбоната натрия (Na2CO3) в гидроксид натрия (NaOH) при равновесии) является понижение концентрации карбоната натрия в исходном содовом растворе. При этом в равновесном каустифицированном растворе понижается концентрация карбонат ионов [ СО32-] и возрастает соотношение [ОН-]2 : [СО3 2-] и, следовательно, степень каустификации. Выбор оптимальной концентрации соды в исходном растворе определяется не только степенью каустификации, но и концентрацией полученного раствора едкого натрия. При этом учитывается расход пара и топлива на упарку щелоков. На практике применяют 2 –3 Н раствор карбоната натрия, (то есть 10-15 % -ный раствор), при этом достигают степени каустификации в среднем около 90% и получают щелок, содержащий 100-120 г/дм3 едкого натрия. Низкая концентрация едкого натра в щелоках, идущих на упаривание – основной недостаток известкового способа.

Влияние температуры на процесс каустификации неоднозначно. Повышение температуры снижает константу равновесия и равновесную степень каустификации вследствие увеличения растворимости карбоната кальция; с другой стороны, повышение температуры увеличивает скорость реакции (5), а также скорость отстаивания шлама карбоната кальция. Поэтому каустификацию ведут при повышенной температуре 80-1000 С в реакторах – каустицерах, обогреваемых острым паром или при помощи змеевиков, по которым циркулирует пар. /1/

Влияние технологических параметров на степень каустификации подробнее представлено в приложении 1.

3. Исходный уровень знаний

Для выполнения лабораторной работы студент должен знать:

  1. правила работы в химической лаборатории;

  2. химические и физические свойства используемых соединений;

  3. понятие о концентрации растворов: процентная (массовая доля), молярная, нормальность;

4) определение грамм-эквивалента вещества для различных соединений: кислот, солей, оснований;

5) метод кислотно-основного титрования, метод весового анализа, правила приготовления растворов, фильтрование (простое и под вакуумом), способы определения плотности растворов;

6) закон эквивалентов и методы расчета концентрации раствора и содержание вещества;

  1. понятие о гетерогенных системах.

Для выполнения лабораторной работы студент должен уметь:

1) правильно пользоваться химической посудой и лабораторным оборудованием;

2) взвешивать необходимое количество вещества;

3) приготавливать растворы требуемой концентрации;

4) проводить титрование и фильтрование.

4. Цель самоподготовки

Для проведения лабораторной работы «Каустификация содового раствора» студент должен самостоятельно изучить следующие вопросы:

  1. правила техники безопасности при выполнении данной работы;

  2. теоретические основы производства гидроксида натрия известковым методом;

  3. влияние температуры и соотношения исходных реагентов в загрузке на равновесную степень каустификации;

  4. методику выполнения лабораторной работы;

  5. методы обработки экспериментальных данных.

5. Инструкция по технике безопасности

В лабораторной работе используются вредные вещества: гидроксид натрия, оксид кальция, карбонат натрия. Водные растворы этих веществ имеют щелочные свойства. Все сильные основания при высоких концентрациях вызывают тяжелые ожоги кожи и слизистых оболочек. /3, 4, 8/.



Загрузить файл

Похожие страницы:

  1. Получение гидроксида натрия

    Реферат >> Химия
    ... способы получения гидроксида натрия. К химическим способам получения гидроксида натрия относятся из­вестковый и ферритный. Известковый способ получения гидроксида натрия ... 80°С . Этот процесс называется каустификацией; он описывается реакцией Na2C03 + ...
  2. Получение хлора при электролизе хлорида алюминия

    Курсовая работа >> Химия
    ... с целью исключения процесса каустификации соды, которую можно использовать ... нейтрализуют избытком соды и гидроксидом алюминия с получением криолита: 12HF + 3Na2CO3 ... с электролитом с образованием субфторидов натрия (Na2F). Необходимая температура электролита ...
  3. Создание эффективной химико-технологической схемы ХТС производства алюминия

    Лекция >> Химия
    ... щелока и его подкрепление гидроксидом натрия. 8. Каустификация образовавшегося карбоната натрия гидроксидом кальция и возвращение образовавшегося ... Основным аппаратом в процессе электролитического получения алюминия является электролизер или алюминиевая ...
  4. Очистка сточных вод производства экстракционной фосфорной кислоты

    Курсовая работа >> Экология
    ... соли при помощи гидроксида натрия (каустической соды) переводят в углекислые. Для получения нужного количества ... карбонатных щелоков подвергают каустификации. Отфильтрованный и промытый шлам, полученный при каустификации, направляют на спекание ...
  5. Производство глинозема

    Контрольная работа >> Промышленность, производство
    ... из гидроксидов алюминия, оксидов железа и кремния, сырьё для получения глинозёма ... каустификации). При спекании такой шихты образуется хорошо растворимый в воде алюминат натрия ... Этот метод называется термическая каустификация, он позволяет каустифицировать ...

Хочу больше похожих работ...

Generated in 0.0019659996032715