Учебно-методический комплекс дисциплины «Введение в специальность» (стр. 20 )

Экономичность процесса Сольве связана с тем, что аммиак регенерируется путем обработки раствора хлорида аммония оксидом кальция, который получают из карбоната кальция путем нагрева (при этом одновременно образуется также используемый в процессе диоксид углерода):

Хлорид кальция, образующийся в процессе извлечения аммиака, является важным побочным продуктом.

Преимущества аммиачного способа производства соды: относительная дешевизна, широкая распространенность и доступность извлечения необходимого сырья (поваренная соль и карбонат кальция); незначительность температур (до 100 С), при которых осуществляются основные реакции процесса и близкие к атмосферному давления; достаточная отлаженность способа и устойчивость технологических процессов; высокое качество получаемого продукта; невысокая себестоимость кальцинированной соды.

Для получения 1т кальцинированной соды (95%) расходуется 1,49 т NaCl (100%), 1,37 т известняка (40,5% CO2), 10 кг аммиачной воды (25,5%), 60 кВт ч электроэнергии, 75 м3 воды, 5,65 МДж пара. В качестве отхода образуется 8,3 м3 жидкости, содержащей 993 кг CaCl2 и 446 кг NaCl.

Аммиачному способу получения соды присущи, однако, и серьезные недостатки, главными из которых являются: низкая степень использования исходного сырья (натрий используется всего примерно на 2/3, а хлор и кальций не используются совсем); большие количества твердых и жидких отходов, требующих утилизации, сброса или длительного хранения; значительный расход энергетических ресурсов; большие удельные капиталовложения, необходимые для создания содового производства.

Недостатки аммиачного получения сода становятся все существеннее по мере ужесточения требований к комплексности использования природного сырья и к охране окружающей среды от загрязнений, а также с ростом стоимости энергоносителей. Многочисленные попытки сделать способ безотходным до сих пор не увенчались успехом.

Электролизный процесс. Карбонат натрия можно также получить посредством электролизного процесса. Водяной пар и диоксид углерода запускаются в катодное отделение установки с камерой диафрагменного типа для электролиза растворов солей, где, взаимодействуя с едким натром, они превращают его в карбонат натрия.

Применение соды.

Крупнейшими потребителями соды являются химическая, металлургическая и другие отрасли промышленности.

В химической промышленности сода применяется для получения каустической соды, гидрокарбоната натрия, моющих средств, соединений хрома, сульфитов и фторидов, фосфатов, нитрита натрия, натриевой селитры.

Также карбонат натрия используется при производстве листовых, прокатных, светотехнических стекол, силикатной глыбы, бутылок, хрусталя, сортовой посуды и др. В состав всех этих продуктов и изделий сода входит в виде . В стекольной промышленности кальцинированная сода является основным компонентом шихты для варки стекла.

Большое количество карбоната натрия используется в цветной металлургии в основном при переработке свинцово-цинковых, кобальт-никелевых, а также вольфрамо-молибденовых руд.

Значительное количество соды использует целлюлозно-бумажная промышленность (при проклейке бумаги и картона, в производстве пергамента, дубителей и главным образом сульфитной варке целлюлозы).

Сода также необходима в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности при производстве синтетических жирных кислот, синтетических моющих средств, а также при переработке нефти в других процессах.

В черной металлургии карбонат натрия используется для удаления серы и фосфора из чугуна.

В машиностроении также не обойтись без содопродуктов.

В медицинской промышленности сода применяется в производстве медикаментов. В электронной промышленности сода применяется для производства электровакуумного стекла.

Применение содопродуктов для нейтрализации кислых сточных вод и извлечения из них смолистых и органических соединений, как, например фенолов, позволяет предохранять водоемы от загрязнения. Значительное количество содопродуктов расходуется для обезжиривания и очистки тары и рабочих мест на предприятиях мясомолочной и рыбной промышленности, что имеет большое значение для повышения качества пищевых продуктов.

В легкой промышленности кальцинированная сода используется для мытья, беления и крашения ткани, получения искусственного шелка, нитроцеллюлозы и др.

В кожевенной и обувной промышленности, при выработке мехов сода применяется для щелочной обработки материалов.

Применение карбоната натрия для очистки воды, питающей паровые котлы, способствует удлинению срока службы котлов и значительной экономии топлива.

Поташ. Хотя в химической промышленности поташом называют главным образом карбонат калия (K2CO3), в сельском хозяйстве это наименование охватывает все соли калия, идущие на изготовление удобрений, но в основном хлорид калия (KCl) с небольшой примесью сульфата калия (K2SO4).

Обычные способы получения поташа — электролизный процесс с участием гидроксида калия и более распространенный процесс на основе химического взаимодействия смеси хлорида калия и карбоната магния с диоксидом углерода. В результате этой реакции образуется нерастворимая двойная соль гидрокарбоната калия и карбоната магния, которая при нагревании разлагается на карбонаты калия и магния, воду и диоксид углерода.

Карбонат калия применяется в производстве стекла, солей калия, красителей и чернил. Карбонат калия — важный компонент специальных стекол, например оптических и лабораторных.

Каустическая сода (едкий натр). Гидроксид натрия NaOH получил свое название по причине сильного разъедающего действия на животные и растительные ткани.

Каустическую соду получают либо путем электролиза раствора хлорида натрия (NaCl) с образованием гидроксида натрия и хлора, либо, реже, с помощью более старого способа, основанного на взаимодействии раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Большое количество производимой в мире кальцинированной соды используется для получения каустической соды.

Взаимодействие раствора кальцинированной соды с гашеной известью.

Каустическую соду получают из кальцинированной на установке периодического или непрерывного действия. Процесс обычно проводят при умеренных температурах в реакторах, оборудованных мешалками. Реакция образования каустической соды представляет собой реакцию обмена между карбонатом натрия и гидроксидом кальция:

Карбонат кальция выпадает в осадок, а раствор гидроксида натрия отводится.

Электролизные методы.

Когда концентрированный раствор хлорида натрия подвергается электролизу, образуются хлор и гидроксид натрия, но они реагируют друг с другом с образованием гипохлорита натрия — отбеливающего вещества. Этот продукт, в свою очередь, особенно в кислых растворах при повышенных температурах, окисляется в электролизной камере до перхлората натрия. Чтобы избежать этих нежелательных реакций, электролизный хлор должен быть пространственно отделен от гидроксида натрия.

В большинстве промышленных установок, используемых для получения электролизной каустической соды, это осуществляется с помощью диафрагмы, помещенной вблизи анода, на котором образуется хлор. Существуют установки двух типов: с погруженной или непогруженной диафрагмой. Камера установки с погруженной диафрагмой целиком заполняется электролитом. Соляной раствор втекает в анодное отделение, где из него выделяется хлор, а раствор каустической соды заполняет катодное отделение. В установке с непогруженной диафрагмой раствор каустической соды отводится из катодного отделения по мере образования, так что камера оказывается пустой. В некоторых установках с непогруженной диафрагмой в пустое катодное отделение напускается водяной пар, чтобы облегчить удаление каустической соды и поднять температуру.

В диафрагменных установках получается раствор, содержащий как каустическую соду, так и соль. Большая часть соли выкристаллизовывается, когда концентрация каустической соды в растворе доводится до стандартного значения 50%. Такой «стандартный» электролизный раствор содержит 1% хлорида натрия. Продукт электролиза пригоден для многих применений, например для производства мыла и чистящих препаратов. Однако для производства искусственного волокна и пленки требуется каустическая сода высокой степени очистки, содержащая менее 1% хлорида натрия (соли). «Стандартный» жидкий каустик можно надлежащим образом очистить методами кристаллизации и осаждения.

Непрерывное разделение хлора и каустика можно также осуществить в установке с ртутным катодом. Металлический натрий образует с ртутью амальгаму, которая отводится во вторую камеру, где натрий выделяется и реагирует с водой, образуя каустик и водород. Хотя концентрация и чистота соляного раствора для установки с ртутным катодом более важны, чем для установки с диафрагмой, в первой получается каустическая сода, пригодная для производства искусственного волокна. Ее концентрация в растворе составляет 50-70%. Более высокие затраты на установку с ртутным катодом оправдываются получаемой выгодой.

В России согласно ГОСТ2263-79 производятся следующие марки натра едкого:

ТР - твердый ртутный (чешуированный);

ТД - твердый диафрагменный (плавленый);

РР - раствор ртутный;

РХ - раствор химический;

РД - раствор диафрагменный.

Показатели российского рынка жидкого натра едкого в:

2005 г. – 1184 тыс. тонн

2006 г. – 1217 тыс. тонн

Показатели российского рынка твердого натра едкого в:

2005 г. – 108.565 тонн

2006 г. – 106219 тонн

Применение. Наиболее важные области потребления каустической соды (перечислены в порядке уменьшения потребляемого количества) — химическое производство; переработка нефти; производство искусственного волокна и пленки, целлюлозы и бумаги, алюминия, моющих средств и мыла; обработка тканей; рафинирование растительного масла; регенерация резины.