Вовед

Дојдовте во продавницата, обидувајќи се да купите сапун без мирис. Секако, за да разберете кои производи од оваа палета имаат мирис, а кои немаат, го земате секое шише сапун и го читате неговиот состав и својства. Конечно го избравме вистинскиот, но додека гледавме разни композиции за сапуни забележавме чуден тренд - на речиси сите шишиња пишуваше: „Структурата на сапунот содржи натриум хидроксид“. Ова е стандардната приказна за воведувањето на натриум хидроксид на повеќето луѓе. Некоја половина од луѓето ќе „плукаат и ќе заборават“, а некои ќе сакаат да дознаат повеќе за него. За нив денес ќе ви кажам што е оваа супстанца.

Дефиниција

Натриум хидроксид (формула NaOH) е најчестиот алкал во светот. За повикување: алкали е база која е многу растворлива во вода.

Име

Во различни извори може да се нарече натриум хидроксид, каустична сода, каустична сода, каустична сода или каустична алкали. Иако името „каустични алкали“ може да се примени на сите супстанции од оваа група. Само во 18 век им биле дадени посебни имиња. Постои и „превртено“ име за супстанцијата што сега е опишана - натриум хидроксид, обично се користи во украинските преводи.

Својства

Како што веќе реков, натриум хидроксид е многу растворлив во вода. Ако ставите макар и мало парче од него во чаша вода, по неколку секунди ќе се запали и шушкаво ќе се „брка“ и „скока“ по неговата површина (фото). И ова ќе продолжи додека тој целосно не се раствори во него. Ако, по завршувањето на реакцијата, ја натопите раката во добиениот раствор, тој ќе биде сапуница на допир. За да дознаете колку е силен алкалот, индикаторите - фенолфталеин или метил портокал - се потопуваат во него. Фенолфталеинот во него добива темноцрвена боја, а метил портокалот станува жолт. Натриум хидроксид, како и сите алкалии, содржи јони на хидроксид. Колку повеќе од нив во растворот, толку е посветла бојата на индикаторите и толку е посилен алкалот.

Потврда

Постојат два начина да се добие натриум хидроксид: хемиски и електрохемиски. Ајде внимателно да го разгледаме секој од нив.

Апликација

Делигнизација на целулоза, производство на картон, хартија, лесонит и вештачки влакна не може да се направи без натриум хидроксид. А кога ќе реагира со масти, се добиваат сапун, шампони и други детергенти. Во хемијата се користи како реагенс или катализатор во многу реакции. Натриум хидроксид е познат и како додаток на храна E524. И ова не се сите области на неговата примена.

Заклучок

Сега знаете сè за натриум хидроксид. Како што можете да видите, тоа носи големи придобивки за луѓето - и во индустријата и во секојдневниот живот.

Хемиските методи за производство на натриум хидроксид вклучуваат вар и ферит.

Хемиските методи за производство на натриум хидроксид имаат значителни недостатоци: се трошат многу енергетски носители, а добиената каустична сода е силно контаминирана со нечистотии.

Денес, овие методи се речиси целосно заменети со електрохемиски методи на производство.

Метод на вар

Методот на вар за производство на натриум хидроксид вклучува реакција на раствор од сода со гасена вар на температура од околу 80 °C. Овој процес се нарекува каустизација; поминува низ реакцијата:

Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 = 2 NaOH + CaCO 3

Реакцијата резултира со раствор од натриум хидроксид и талог од калциум карбонат. Калциум карбонатот се одвојува од растворот, кој се испарува за да се добие стопен производ кој содржи околу 92% тежина. NaOH. NaOH потоа се топи и се истура во железни барабани, каде што се стврднува.

Феритен метод

Феритниот метод за производство на натриум хидроксид се состои од две фази:

Na 2 CO 3 + Фе 2 ЗА 3 = 2NaFeО 2 + CO 2

2NaFeО 2 + xH 2 O = 2NaOH + Fe 2 О 3 * xH 2 ЗА

Реакција 1 е процес на синтерување сода со железен оксид на температура од 1100-1200 °C. Покрај тоа, се формира синтеруван натриум ферит и се ослободува јаглерод диоксид. Следно, колачот се третира (исцеди) со вода според реакцијата 2; се добива раствор од натриум хидроксид и талог од Fe 2 O 3 *xH 2 O кој по одвојувањето од растворот се враќа во процесот. Добиениот алкален раствор содржи околу 400 g/l NaOH. Се испарува за да се добие производ кој содржи околу 92% од масата. NaOH, а потоа се добива цврст производ во вид на гранули или снегулки.

Електрохемиски методи за производство на натриум хидроксид

Електрохемиски се добива натриум хидроксид електролиза на раствори на халит(минерал кој се состои главно од натриум хлорид NaCl) со истовремено производство на водород хлор. Овој процес може да се претстави со резимената формула:

2NaCl + 2H 2 Околу ±2е - →H 2 + Cl 2 + 2 NaOH

Каустичните алкали и хлор се произведуваат со три електрохемиски методи. Две од нив се електролиза со цврста катода (медијафрагма и мембрански методи), третата е електролиза со течна жива катода (метод на жива).

Во светската производна практика се користат сите три методи за производство на хлор и каустична сода, со јасна тенденција за зголемување на учеството на мембранската електролиза.

7. Прочистување на сулфур диоксид од каталитички отрови.

Емисиите на гасови имаат многу негативно влијание врз еколошката состојба на локациите на овие индустриски претпријатија, а исто така ги влошуваат санитарните и хигиенските услови за работа. Агресивните масовни емисии вклучуваат азотни оксиди, водород сулфид, сулфур диоксид, јаглерод диоксид и многу други гасови.

На пример, азотна киселина, сулфурна киселина и други растенија кај нас годишно испуштаат десетици милиони кубни метри азотни оксиди, кои се силен и опасен отров, во атмосферата. Од овие азотни оксиди може да се произведат илјадници тони азотна киселина.

Подеднакво важна задача е и прочистувањето на гасовите од сулфур диоксид. Вкупната количина на сулфур што се испушта во атмосферата кај нас само во форма на сулфур диоксид е околу 16 милиони тони . во годината. Од оваа количина на сулфур може да се произведат и до 40 милиони тони сулфурна киселина.

Значајна количина на сулфур, главно во форма на водород сулфид, се содржи во гасот на кокс печката.

Неколку милијарди кубни метри јаглерод диоксид се испуштаат во атмосферата секоја година со димни гасови од фабричките оџаци и електрани. Овој гас може да се користи за производство на ефективни ѓубрива базирани на јаглерод.

Горенаведените примери покажуваат какви огромни материјални вредности се емитуваат во атмосферата преку гасовити емисии.

Но, овие емисии предизвикуваат посериозна штета со тоа што го трујат воздухот во градовите и претпријатијата: токсичните гасови ја уништуваат вегетацијата, имаат исклучително штетно влијание врз здравјето на луѓето и животните, ги уништуваат металните конструкции и ја кородираат опремата.

Иако во последните годиниДомашните индустриски претпријатија не работат со полн капацитет, но проблемот со борбата против штетните емисии е многу акутен. И со оглед на општата еколошка ситуација на планетата, неопходно е да се преземат најитни и најрадикални мерки за чистење на емисионите гасови од штетните нечистотии.

Каталитички отрови

контактни отрови, супстанции кои предизвикуваат „труење“ на катализаторите (Види. Катализатори) (обично хетерогени), т.е., намалување на нивната каталитичка активност или целосно запирање на каталитичкиот ефект. Труењето на хетерогени катализатори се јавува како резултат на адсорпција на отровот или производот од неговата хемиска трансформација на површината на катализаторот. Труењето може да биде реверзибилно или неповратно. Така, во реакцијата на синтезата на амонијак на железен катализатор, кислородот и неговите соединенија реверзибилно го трујат Fe; во овој случај, кога се изложени на чиста мешавина од N 2 + H 2, површината на катализаторот се ослободува од кислород и се намалува труењето. Сулфурните соединенија неповратно го трујат Fe-от, дејството на чистата смеса не може да ја врати активноста на катализаторот. За да се спречи труење, реакционата смеса што влегува во катализаторот е темелно исчистена. Меѓу најчестите K. i. за метални катализатори вклучуваат супстанции кои содржат кислород (H 2 O, CO, CO 2), сулфур (H 2 S, CS 2, C 2 H 2 SH, итн.), Se, Te, N, P, As, Sb, како како и незаситени јаглеводороди (C 2 H 4, C 2 H 2) и метални јони (Cu 2+, Sn 2+, Hg 2+, Fe 2+, Co 2+, Ni 2+). Киселините катализатори обично се трујат со базни нечистотии, а базичните катализатори со киселински нечистотии.

8. Добивање на азотни гасови.

Азотните оксиди ослободени по белењето се кондензираат во кондензатори за вода и саламура и се користат за подготовка на сировата смеса. Бидејќи точката на вриење на N 2 O 4 е 20,6 ° C при притисок од 0,1 MPa, под овие услови, гасовитиот NO 2 може целосно да се кондензира (притисок на заситена пареа од N 2 O 4 на 21,5 ° C над течноста N 2 O 4 еднакво на 0,098 MPa, односно помалку од атмосферски). Друг начин да се добијат течни азотни оксиди е да се кондензираат под притисок и на ниски температури. Ако се потсетиме дека при контактна оксидација на NH 3 при атмосферски притисок, концентрацијата на азотни оксиди не е повеќе од 11% по волумен, нивниот парцијален притисок одговара на 83,5 mm Hg. Притисокот на азотни оксиди над течноста (еластичност на пареа) на температура на кондензација (–10 °C) е 152 mm Hg. Ова значи дека без зголемување на притисокот на кондензацијата, течните азотни оксиди не можат да се добијат од овие гасови, затоа, кондензацијата на азотни оксиди од таков азотен гас на температура од -10 ° C започнува на притисок од 0,327 MPa. Степенот на кондензација нагло се зголемува со зголемување на притисокот до 1,96 MPa со дополнително зголемување на притисокот, степенот на кондензација се менува малку;

Преработката на азотен гас (т.е. по конверзија на NH 3) во течни азотни оксиди е неефикасна, бидејќи дури и при P = 2,94 MPa, степенот на кондензација е 68,3%.

Во услови на кондензација на чист N 2 O 4, ладењето не треба да се врши под температура од -10 ° C, бидејќи на -10,8 °C N 2 O 4 кристализира. Присуството на нечистотии NO, NO 2, H 2 O ја намалува температурата на кристализација. Така, смесата со составот N 2 O 4 + 5% N 2 O 3 се кристализира на -15,8 °C.

Добиените течни азотни оксиди се складираат во челични резервоари.

9. Подготовка на едноставен и двоен суперфосфат

„Суперфосфат“ е мешавина од Ca(H 2 PO 4) 2 * H 2 O и CaSO 4. Најчестите едноставни минерални фосфорни ѓубрива. Фосфорот во суперфосфатот е присутен главно во форма на монокалциум фосфат и слободна фосфорна киселина. Ѓубривото содржи гипс и други нечистотии (железо и алуминиум фосфати, силика, флуорни соединенија итн.). Едноставен суперфосфат се добива од фосфорити со нивна обработка со сулфурна киселина според реакцијата:

Са 3 (RO 4 ) 2 + 2 ч 2 ПА 4 = Са(Х 2 П.О. 4 ) 2 + 2 КаСО 4 .

Едноставен суперфосфат- сив прашок, речиси не стврднат, умерено дисперзиран; во ѓубривото има 14-19,5% P 2 O 5 асимилирани од растенијата. Суштината на производството на едноставен суперфосфат е трансформацијата на природниот флуорапатит, нерастворлив во вода и почвени раствори, во растворливи соединенија, главно монокалциум фосфат Ca(H 2 PO 4) 2. Процесот на распаѓање може да се претстави со следнава сумарна равенка:

2Ca5F(PO4)3 +7H2SO4 +3H2O=3Ca(H2PO4)2*H2O]+7+2HF; (1) ΔН= - 227,4 kJ.

Во пракса, за време на производството на едноставен суперфосфат, распаѓањето се случува во две фази. Во првата фаза, околу 70% од апатитот реагира со сулфурна киселина. Ова произведува фосфорна киселина и хемихидрат на калциум сулфат:

Ca 5 F(PO 4) 3 +5H 2 SO 4 +2.5H 2 O = 5(CaSO 4 *0.5H 2 O) +3H3PO 4 +HF (2)

Функционалниот дијаграм за производство на едноставен суперфосфат е прикажан на сл. Главните процеси се одвиваат во првите три фази: мешање на суровини, формирање и стврднување на суперфосфатна пулпа, зреење на суперфосфат во складиштето.

Ориз. Функционален дијаграм на производство на едноставен суперфосфат

За да се добие комерцијален производ со повисок квалитет, суперфосфатот, по созревањето, се неутрализира со цврсти адитиви (варовник, фосфатна карпа итн.) и се гранулира.

Двоен суперфосфат- концентрирано фосфорно ѓубриво. Главната компонента што содржи фосфор е калциум дихидроген ортофосфат монохидрат Ca(H 2 PO 4) 2 H 2 O. Обично содржи и други фосфати на калциум и магнезиум. Во споредба со едноставниот фосфат, тој не содржи баласт - CaSO 4. Главната предност на двојниот суперфосфат е малата количина на баласт, односно ги намалува транспортните трошоци, трошоците за складирање и пакувањето.

Двојниот суперфосфат се добива со дејство на сулфурна киселина H 2 SO 4 на природни фосфати. Во Русија, тие главно го користат методот на линија: распаѓање на суровините, проследено со гранулација и сушење на добиената пулпа во тапан гранулатор-сушач. Комерцијалниот двоен суперфосфат од површината се неутрализира со креда или NH 3 за да се добие стандарден производ. Одредена количина на двоен суперфосфат се произведува со метод на комора. Компонентите што содржат фосфор се во основа исти како кај едноставниот суперфосфат, но во поголеми количини, а содржината на CaSO 4 е 3-5%. Кога се загрева над 135-140 °C, двојниот суперфосфат почнува да се распаѓа и се топи во водата на кристализација, а по ладењето станува порозен и кршлив. На 280-320 °C, ортофосфатите се трансформираат во мета-, пиро- и полифосфати, кои се во сварливи и делумно растворливи во вода форми. Се топи на 980 °C, по ладењето се претвора во стаклен производ во кој 60-70% од метафосфатите се растворливи во цитрат. Двоен суперфосфат содржи 43-49% сварлив фосфор анхидрид (фосфор пентоксид) P 2 O 5 (37-43% растворлив во вода), 3,5-6,5% слободна фосфорна киселина H 3 PO 4 (2,5-4,6% R 2 O 5):

Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 = Ca (H 2 PO 4) 2 + 2CaSO 4

Исто така, постои метод за разложување на суровините што содржат фосфор со фосфорна киселина:

Ca 5 (PO 4) 3 F + 7H 3 PO 4 = 5Ca (H 2 PO 4) 2 + HF

Проточен дијаграм на технолошкиот процес за производство на двоен суперфосфат: 1 - мешање на кршен фосфорит и фосфорна киселина; 2 - распаѓање на фосфорит од I фаза; 3 - распаѓање на фосфорит од стадиум II; 4 - гранулација на пулпа; 5 - прочистување на гасови што содржат фосфор од прашина; 6 - сушење на гранули од пулпа; 7 - производство на димни гасови (во печката); 8 - скрининг на сув производ; 9 - мелење на големи фракции; 10 - одвојување на фини и средни (стоковни) фракции на вториот екран; 11 - мешање на смачкани груби и фини фракции; 12 - амонијација (неутрализација) на резидуална фосфорна киселина; 13 - прочистување на гасови кои содржат амонијак и прашина; 14 - ладење на неутрализираната комерцијална фракција на двоен суперфосфат;

10.Подготовка на екстракција ортофосфорна киселина

Подготовка на екстракција фосфорна киселина

Непосредно пред да се добие EPA, фосфорот се добива со помош на специјална технологија

Слика 1. Дијаграм за производство на фосфор: 1 - бункери за суровини; 2 - миксер; 3 - прстенест фидер; 4 - бункер за полнење; 5 - електрична печка; 6 - лапа за згура; 7 - канта за ферофосфор; 8 - електричен таложник; 5 - кондензатор; 10 - собирање на течен фосфор; 11 - резервоар за таложење

Методот на екстракција (овозможува производство на најчиста фосфорна киселина) ги вклучува главните фази: согорување (оксидација) на елементарен фосфор во вишок воздух, хидратација и апсорпција на добиениот P4O10, кондензација на фосфорна киселина и фаќање на магла од гасната фаза. . Постојат два начина да се добие P4O10: оксидација на P пареа (ретко се користи во индустријата) и оксидација на течност P во форма на капки или филмови. Степенот на оксидација на P во индустриски услови се одредува со температурата во зоната на оксидација, дифузијата на компонентите и други фактори. Втората фаза на производство на топлинска фосфорна киселина - хидратација на P4O10 - се изведува со апсорпција со киселина (вода) или со интеракција на пареата P4O10 со водена пареа. Хидратацијата (P4O10 + 6H2O4H3PO4) се одвива низ фазите на формирање на полифосфорни киселини. Составот и концентрацијата на формираните производи зависат од температурата и парцијалниот притисок на водената пареа.

Сите фази на процесот се комбинираат во еден апарат, освен собирањето магла, кое секогаш се врши во посебен апарат. Во индустријата, обично се користат кола од два или три главни уреди. Во зависност од принципот на ладење со гас, постојат три методи за производство на топлинска фосфорна киселина: испарување, циркулација-испарување, размена на топлина-испарување.

Системите за испарување засновани на отстранување на топлина при испарување на вода или разредена фосфорна киселина се наједноставни во хардверскиот дизајн. Меѓутоа, поради релативно големиот волумен на отпадни гасови, употребата на такви системи е препорачлива само во инсталации со мал капацитет на единицата.

Системите за циркулација-испарување овозможуваат комбинирање во еден апарат фазите на согорување на P, ладење на гасната фаза со циркулирачка киселина и хидратација на P4O10. Недостаток на шемата е потребата да се изладат големи количини на киселина. Системите за размена на топлина и испарување комбинираат два методи на отстранување на топлина: преку ѕидот на кулите за согорување и ладење, како и со испарување на водата од гасната фаза; Значајна предност на системот е отсуството на кола за циркулација на киселина со опрема за пумпање и ладење.

Домашните претпријатија користат технолошки шеми со циркулационо-испарувачки метод на ладење (систем со двојна кула). Карактеристични карактеристики на шемата: присуство на дополнителна кула за ладење на гас, употреба на ефикасни плочести разменувачи на топлина во циркулационите кола; употреба на млазница со високи перформанси за согорување на P, обезбедувајќи рамномерна фина атомизација на млаз од течност P и негово целосно согорување без формирање на пониски оксиди.

Технолошкиот дијаграм на постројка со капацитет од 60 илјади тони годишно од 100% H3PO4 е прикажан на сл. 2. Стопениот жолт фосфор се атомизира со загреан воздух под притисок до 700 kPa преку млазницата во кулата за согорување наводнувана со циркулирачка киселина. Киселината што се загрева во кулата се лади со циркулирачка вода во плочестите разменувачи на топлина. Производната киселина која содржи 73-75% H3PO4 се отстранува од циркулационата јамка до магацинот. Покрај тоа, ладењето на гасовите од кулата за согорување и апсорпцијата на киселина се врши во кулата за ладење (хидратација), што го намалува породувањето, температурното оптоварување на електростатскиот таложник и промовира ефективно прочистување на гасот. Отстранувањето на топлината во кулата за хидратација се врши со циркулирање на 50% H3PO4, ладен во плочести разменувачи на топлина. Гасовите од кулата за хидратација, откако ќе се прочистат од магла H3PO4 во електростатско таложење на плоча, се ослободуваат во атмосферата. 1 тон 100% H3PO4 троши 320 kg P.

Ориз. 2. Циркулациона шема со двојна кула за производство на екстракција H3PO4: 1 - колектор за кисела вода; 2 - складирање на фосфор; 3.9 - циркулациони колектори; 4.10 - потопни пумпи; 5.11 - плоча разменувачи на топлина; 6 - кула за согорување; 7 - млазница од фосфор; 8 - кула за хидратација; 12 - електричен таложник; 13 - вентилатор.

11. Катализатори за оксидација на сулфур диоксид во сулфурен анхидрид. Контактирање

Сулфурниот анхидрид се произведува со оксидација на сулфур диоксид со атмосферски кислород:

2SO2 + O2 ↔ 2SO3,

Ова е реверзибилна реакција.

Одамна е забележано дека железен оксид, ванадиум пентооксид и особено ситно здробената платина ја забрзуваат оксидацијата на сулфур диоксидот во сулфурен анхидрид. Овие супстанции се катализатори за реакцијата на оксидација на сулфур диоксидот. На пример, на 400°C во присуство на платинизиран азбест (т.е., азбест на чија површина се нанесува ситно дробена платина), речиси 100% од сулфур диоксидот се оксидира со атмосферски кислород во сулфурен анхидрид. Со повеќе висока температураприносот на сулфурен анхидрид се намалува, бидејќи обратната реакција се забрзува - распаѓањето на сулфурниот анхидрид во сулфур диоксид и кислород. На 1000 ° C, сулфурниот анхидрид речиси целосно се распаѓа на своите оригинални супстанции. Така, главните услови за синтеза на сулфурен анхидрид се употребата на катализатори и загревањето до одредена, не премногу висока температура.

Синтезата на сулфурен анхидрид, исто така, бара усогласеност со уште два услови: сулфур диоксидот мора да се прочисти од нечистотии кои го инхибираат дејството на катализаторите; сулфур диоксидот и воздухот мора да се исушат, бидејќи влагата го намалува приносот на сулфурниот анхидрид.

Вовед .

Натриум хидроксид или каустична сода (NaOH), хлор, хлороводородна киселина HC1 и водород моментално се произведуваат индустриски со електролиза на раствор на натриум хлорид.

Каустична сода или натриум хидроксид - силна алкали, вообичаено наречена каустична сода, се користи во производството на сапун, во производството на алумина - среден производ за производство на алуминиум метал, во индустријата за бои и лакови, индустрија за рафинирање на нафта, во производство на вискоза, во индустријата за органска синтеза и други сектори на националната економија.

Кога работите со хлор, водород хлорид, хлороводородна киселина и каустична сода, мора строго да ги следите безбедносните правила: вдишувањето на хлор предизвикува остра кашлица и задушување, воспаление на мукозните мембрани. респираторен тракт, пулмонален едем и последователно формирање на воспалителни фокуси во белите дробови.

Водород хлоридот, дури и на ниски нивоа во воздухот, предизвикува иритација во носот и гркланот, пецкање во градите, засипнатост и гушење. При хронично труење со ниски концентрации особено се засегнати забите чија глеѓ брзо се уништува.

Труењето со хлороводородна киселина е многу слично Сотруење со хлор.

Хемиски методи за производство на натриум хидроксид.

Хемиските методи за производство на натриум хидроксид вклучуваат вар и ферит.

Методот на вар за производство на натриум хидроксид вклучува реакција на раствор од сода со млеко од вар на температура од околу 80°C. Овој процес се нарекува каустизација; тоа е опишано со реакцијата

Na 2 C0 3 + Ca (OH) 2 = 2NaOH + CaC0 3 (1)

талог од растворот

Од реакцијата (1) се добива раствор од натриум хидроксид и талог од калциум карбонат. Калциум карбонатот се одвојува од растворот, кој се испарува за да се добие стопен производ кој содржи околу 92% NaOH. Растопениот NaOH се истура во железни барабани каде што се стврднува.

Феритниот метод е опишан со две реакции:

Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (2)

натриум ферит

Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 = 2 NaOH + Fe 2 O 3 (3)

талог од растворот

реакцијата (2) го прикажува процесот на синтерување сода со железен оксид на температура од 1100-1200°C. Во овој случај, се формира синтеруван натриум ферит и се ослободува јаглерод диоксид. Следно, колачот се третира (исцеди) со вода според реакцијата (3); се добива раствор од натриум хидроксид и талог од Fe 2 O 3 кој по одвојувањето од растворот се враќа во процесот. Растворот содржи околу 400 g/l NaOH. Се испарува за да се добие производ кој содржи околу 92% NaOH.

Хемиските методи за производство на натриум хидроксид имаат значителни недостатоци: се троши голема количина гориво, добиената каустична сода е загадена со нечистотии, одржувањето на уредите е трудоинтензивно итн. Во моментов, овие методи се речиси целосно заменети со електрохемиското производство метод.

Концептот на електролиза и електрохемиски процеси.

Електрохемиските процеси се хемиски процеси кои се случуваат во водени раствори или се топат под влијание на директна електрична струја.

Растворите и стопените соли, растворите на киселини и алкалии, наречени електролити, припаѓаат на вториот тип на спроводници во кои преносот на електрична струја се врши со јони. (Кај спроводниците од првиот вид, како што се металите, струјата ја носат електроните.) Кога електричната струја поминува низ електролит, јоните се испуштаат на електродите и се ослободуваат соодветните супстанции. Овој процес се нарекува електролиза. Апаратот во кој се врши електролиза се нарекува електролизатор или електролитичка бања.

Електролизата се користи за производство на голем број хемиски производи - хлор, водород, кислород, алкалии итн. Треба да се напомене дека електролизата произведува хемиски производи со висок степен на чистота, во некои случаи недостижни со користење на хемиски методи за нивно производство.

Недостатоците на електрохемиските процеси вклучуваат голема потрошувачка на енергија за време на електролизата, што ја зголемува цената на добиените производи. Во овој поглед, препорачливо е да се вршат електрохемиски процеси само врз основа на евтина електрична енергија.

Суровини за производство на натриум хидроксид.

За производство на натриум хидроксид, хлор и водород, се користи раствор од кујнска сол, која е подложена на електролиза, во природата во вид на подземни наслаги на камена сол, во водите на езерата и морињата. форма на природни саламура или раствори. Депозитите на камена сол се наоѓаат во Донбас, Урал, Сибир, Закавказ и други области. Некои езера кај нас се богати и со сол.

Во летниот период водата испарува од површината на езерата, а кујнската сол се таложи во форма на кристали. Овој тип на сол се нарекува самоталожлива сол. ВО морска водасодржи до 35 g/l натриум хлорид. На места со топла клима, каде што настанува интензивно испарување на водата, се формираат концентрирани раствори на натриум хлорид, од кои таа се кристализира. Во длабочините на земјата, во солените слоеви, тече подземна вода, која го раствора NaCl и формира подземни саламура кои излегуваат низ дупнатините на површината.

Растворите на кујнска сол, без оглед на начинот на нивното производство, содржат нечистотии од соли на калциум и магнезиум и, пред да се пренесат во работилницата за електролиза, се прочистуваат од овие соли. Чистењето е неопходно бидејќи во текот на процесот на електролиза може да се формираат слабо растворливи калциумови и магнезиум хидроксиди, кои го нарушуваат нормалниот тек на електролизата.

Чистењето на саламура се врши со раствор од сода и варово млеко. Покрај хемиското прочистување, растворите се ослободуваат од механички нечистотии со таложење и филтрирање.

Електролизата на растворите на кујнска сол се изведува во бањи со цврста железна (челична) катода и со дијафрагми и во бањи со течна жива катода. Во секој случај, индустриските електролизери што се користат за опремување на модерни големи продавници за хлор мора да имаат високи перформанси, едноставен дизајн, да бидат компактни, да работат сигурно и стабилно.

Електролиза на раствори на натриум хлорид во бањи со челична катода и графитна анода .

Овозможува производство на натриум хидроксид, хлор и водород во еден апарат (електролизатор). Кога директна електрична струја поминува низ воден раствор на натриум хлорид, може да се очекува ослободување на хлор:

2CI - - 2eÞ C1 2 (а)

како и кислород:

20N - - 2eÞ 1/2O 2 + H 2 O(b)

H 2 0-2eÞ1/2О 2 + 2H +

Нормалниот потенцијал на електродата за празнење на јони OH - е + 0,41 V,а нормалниот електроден потенцијал за испуштање на јони на хлор е + 1,36 В.Во неутрален заситен раствор на натриум хлорид, концентрацијата на хидроксилни јони е околу 1 10 - 7 g-eq/l.На 25°C, рамнотежниот потенцијал за празнење на хидроксилните јони ќе биде

Рамнотежен потенцијал за празнење, јони на хлор при концентрација на NaCl во раствор од 4,6 g-eq/lеднакви

Затоа, кислородот прво треба да се испушти на анодата со низок пренапон.

Меѓутоа, на графитните аноди, пренапонот на кислородот е многу поголем од пренапонот на хлор и затоа, главно, на нив ќе се случи испуштање на јони C1 - со ослободување на гасот хлор според реакцијата (а).

Ослободувањето на хлорот се олеснува со зголемување на концентрацијата на NaCI во растворот поради намалување на вредноста на потенцијалот за рамнотежа. Ова е една од причините за користење на концентрирани раствори на натриум хлорид кои содржат 310-315 g/l.

На катодата во алкален раствор, молекулите на водата се испуштаат според равенката

H 2 0 + e = H + OH - (c)

Атомите на водородот, по рекомбинацијата, се ослободуваат како молекуларен водород

2Н Þ Н 2 (g)

Испуштањето на натриумови јони од водени раствори на цврста катода е невозможно поради нивниот поголем потенцијал за празнење во споредба со водородот. Затоа, јоните на хидроксид кои остануваат во растворот формираат алкален раствор со натриумови јони.

Процесот на распаѓање на NaCl може да се изрази на овој начин со следниве реакции:

т.е. хлорот се формира на анодата, а водородот и натриум хидроксидот се формираат на катодата.

За време на електролизата, заедно со главните опишани процеси, може да се појават и странични процеси, од кои еден е опишан со равенката (б). Дополнително, хлорот ослободен на анодата делумно се раствора во електролитот и се хидролизира според реакцијата

Во случај на дифузија на алкали (OH - јони) до анодата или поместување на катодни и анодни производи, хипохлорните и хлороводородните киселини се неутрализираат со алкали за да формираат хипохлорит и натриум хлорид:

HOC1 + NaOH = NaOCl + H 2 0

HC1 + NaOH = NaCl + H 2 0

ClO-јоните на анодата лесно се оксидираат во ClO3-. Следствено, поради несакани процеси при електролиза, ќе се формираат натриум хипохлорит, хлорид и натриум хлорат, што ќе доведе до намалување на струјната ефикасност и енергетската ефикасност. Во алкална средина, ослободувањето на кислород на анодата е олеснето, што исто така ќе ги влоши перформансите на електролизата.

За да се намали истекувањето несакани реакции, треба да се создадат услови за да се спречи мешање на катодни и анодни производи. Тие вклучуваат одвојување на просторите на катодата и анодата со дијафрагма и филтрирање на електролитот низ дијафрагмата во насока спротивна на движењето на јоните на OH до анодата. Таквите дијафрагми се нарекуваат филтер дијафрагми и се направени од азбест.

· Мерки на претпазливост при ракување со натриум хидроксид · Литература &средна точка

Натриум хидроксид може да се произведува индустриски со хемиски и електрохемиски методи.

Хемиски методи за производство на натриум хидроксид

Хемиските методи за производство на натриум хидроксид вклучуваат вар и ферит.

Хемиските методи за производство на натриум хидроксид имаат значителни недостатоци: се трошат многу енергетски носители, а добиената каустична сода е силно контаминирана со нечистотии.

Денес, овие методи се речиси целосно заменети со електрохемиски методи на производство.

Метод на вар

Методот на вар за производство на натриум хидроксид вклучува реакција на раствор од сода со гасена вар на температура од околу 80 °C. Овој процес се нарекува каустизација; поминува низ реакцијата:

Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 = 2NaOH + CaCO 3

Реакцијата резултира со раствор од натриум хидроксид и талог од калциум карбонат. Калциум карбонатот се одвојува од растворот, кој се испарува за да се добие стопен производ кој содржи околу 92% тежина. NaOH. NaOH потоа се топи и се истура во железни барабани, каде што се стврднува.

Феритен метод

Феритниот метод за производство на натриум хидроксид се состои од две фази:

1. Na 2 CO 3 + Fe 2 O 3 = 2NaFeO 2 + CO 2
2. 2NaFeO 2 + xH 2 O = 2NaOH + Fe 2 O 3 * xH 2 O

Реакција 1 е процес на синтерување сода со железен оксид на температура од 1100-1200 °C. Покрај тоа, се формира синтеруван натриум ферит и се ослободува јаглерод диоксид. Следно, колачот се третира (исцеди) со вода според реакцијата 2; се добива раствор од натриум хидроксид и талог од Fe 2 O 3 *xH 2 O кој по одвојувањето од растворот се враќа во процесот. Добиениот алкален раствор содржи околу 400 g/l NaOH. Се испарува за да се добие производ кој содржи околу 92% од масата. NaOH, а потоа се добива цврст производ во вид на гранули или снегулки.

Електрохемиски методи за производство на натриум хидроксид

Електрохемиски се добива натриум хидроксид електролиза на раствори на халит(минерал кој се состои главно од натриум хлорид NaCl) со истовремено производство на водород и хлор. Овој процес може да се претстави со резимената формула:

Каустичните алкали и хлор се произведуваат со три електрохемиски методи. Две од нив се електролиза со цврста катода (медијафрагма и мембрански методи), третата е електролиза со течна жива катода (метод на жива).

Во светската производна практика се користат сите три методи за производство на хлор и каустична сода, со јасна тенденција за зголемување на учеството на мембранската електролиза.

Во Русија, приближно 35% од целата произведена каустична сода се произведува со електролиза со жива катода и 65% со електролиза со цврста катода.

Метод на дијафрагма

Дијаграм на стар електролизатор со дијафрагма за производство на хлор и луги: А- анодна, ВО- изолатори, СО- катода, Д- простор исполнет со гасови (над анодата - хлор, над катодата - водород), М- отворот

Наједноставниот од електрохемиските методи, во однос на организацијата на процесот и градежните материјали за електролизаторот, е методот на дијафрагмата за производство на натриум хидроксид.

Солениот раствор во електролизаторот на дијафрагмата континуирано се внесува во анодниот простор и тече низ, обично азбестна дијафрагма обложена на челична катодна мрежа, на која, во некои случаи, се додава мала количина полимерни влакна.

Во многу дизајни на електролизатори, катодата е целосно потопена под слој на анолит (електролит од просторот на анодата), а водородот ослободен на катодната мрежа се отстранува од под катодата со помош на цевките за излез на гас, без да навлезе низ дијафрагмата во анодата. простор поради контраструја.

Противпротокот е многу важна карактеристика на дизајнот на електролизаторот на дијафрагмата. Благодарение на протокот на контраструја насочен од анодниот простор до просторот на катодата преку порозна дијафрагма станува возможно одделно да се произведуваат алкалии и хлор. Протокот на контраструја е дизајниран да се спротивстави на дифузијата и миграцијата на јоните на OH - во анодниот простор. Ако контраструјата е недоволна, тогаш хипохлорит јон (ClO -) почнува да се формира во просторот на анодата во големи количини, што потоа може да се оксидира на анодата до хлоратниот јон ClO 3 -. Формирањето на хлорат јон сериозно го намалува приносот на струјата на хлор и е главен нуспроизвод во овој метод на производство на натриум хидроксид. Штетно е и ослободувањето на кислород, што дополнително доведува до уништување на анодите и, доколку се направени од јаглеродни материјали, до ослободување на нечистотии од фосген во хлорот.

Анода: 2Cl - 2e → Cl 2 - главен процес 2H 2 O - 2e - → O 2 +4H +Катода: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - главен процес ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - СlО 3 - + 3Н 2 O + 6е - → Сl - + 6ОН -

Графит или јаглеродни електроди може да се користат како анода во електролизерите на дијафрагмата. Денес, тие главно се заменети со титаниумски аноди со облога од рутениум-титаниум оксид (ORTA аноди) или други ниско потрошни.

Во следната фаза, електролитната луга се испарува и содржината на NaOH во неа се прилагодува на комерцијална концентрација од 42-50% по маса. во согласност со стандардот.

Солта за јадење, натриум сулфат и други нечистотии, кога нивната концентрација во растворот се зголемува над границата на нивната растворливост, таложат. Каустичниот алкален раствор се преточува од седиментот и се пренесува како готов производ во складиште или фазата на испарување се продолжува за да се добие цврст производ, проследен со топење, ронливост или гранулација.

Обратна сол, односно кујнска сол која се кристализирала во талог, се враќа назад во процесот, при што се подготвува таканаречената обратна саламура од неа. За да се избегне акумулација на нечистотии во растворите, нечистотиите се одвојуваат од него пред да се подготви обратната саламура.

Загубата на анолит се компензира со додавање на свежа саламура добиена со подземно лужење на слоевите сол, минерални саламура како бишофит, претходно исчистени од нечистотии или со растворање на халит. Пред да се измеша со повратна саламура, свежата саламура се чисти од механички суспензии и значителен дел од јони на калциум и магнезиум.

Добиениот хлор се одвојува од водената пареа, се компресира и се снабдува или за производство на производи што содржат хлор или за втечнување.

Поради неговата релативна едноставност и ниска цена, методот на дијафрагма за производство на натриум хидроксид во моментов е широко користен во индустријата.

Мембрански метод

Методот на мембрана за производство на натриум хидроксид е енергетски најефикасен, но во исто време е тежок за организирање и работа.

Од гледна точка на електрохемиските процеси, методот на мембрана е сличен на методот на дијафрагмата, но анодните и катодните простори се целосно одвоени со мембрана за размена на катјони непропустлива за анјони. Благодарение на ова својство, станува возможно да се добијат почисти пијалоци отколку во случајот со методот на дијафрагмата. Затоа, во мембрански електролизатор, за разлика од електролизаторот на дијафрагмата, нема еден проток, туку два.

Како и во методот на дијафрагмата, протокот на раствор на сол влегува во анодниот простор. И во катодата - дејонизирана вода. Од катодниот простор тече струја на осиромашен анолит, кој исто така содржи нечистотии од хипохлорит и хлорат јони и хлор, а од анодниот простор тече алкали и водород, практично без нечистотии и блиску до комерцијална концентрација, што ги намалува трошоците за енергија за нивно испарување. и прочистување.

Алкалот произведен со мембранска електролиза е речиси подеднакво квалитетен како оној што се произведува со методот на жива катода и полека ги заменува алкалите произведени со методот на жива.

Во исто време, растворот за хранење сол (и свеж и рециклиран) и водата се прелиминарно прочистени колку што е можно повеќе од какви било нечистотии. Таквото темелно чистење е определено од високата цена на мембраните за размена на полимер катјони и нивната ранливост на нечистотии во растворот за храна.

Покрај тоа, ограничената геометриска форма и, покрај тоа, малата механичка цврстина и топлинската стабилност на мембраните за размена на јони, во најголем дел, ги одредуваат релативно сложените дизајни на инсталациите за мембранска електролиза. Од истата причина, мембранските инсталации бараат најсофистицирани автоматски системи за следење и контрола.

Метод на жива со течна катода

Меѓу електрохемиските методи за производство на алкалии, најмногу ефективен начине електролиза со жива катода. Ликерите добиени со електролиза со течна жива катода се многу почисти од оние добиени со методот на дијафрагма (за некои индустрии ова е критично). На пример, во производството на вештачки влакна може да се користи само каустика со висока чистота), а во споредба со методот на мембрана, организацијата на процесот за производство на алкали со методот на жива е многу поедноставна.

Инсталацијата за електролиза на жива се состои од електролизатор, разградувач на амалгам и жива пумпа, меѓусебно поврзани со комуникации што спроведуваат жива.

Катодата на електролизаторот е млаз на жива испумпана од пумпа. Аноди - графит, јаглерод или слабо абење (ORTA, TDMA или други). Заедно со живата низ електролизаторот непрекинато тече поток од кујнска сол.

На анодата, јоните на хлор од електролитот се оксидираат, а хлорот се ослободува:

Хлорот и анолитот се отстрануваат од електролизаторот. Анолитот што го напушта електролизаторот дополнително е заситен со свеж халит, нечистотиите внесени со него, а исто така се измиени од анодите и структурните материјали, се отстрануваат од него и се враќаат на електролиза. Пред заситувањето, хлорот растворен во него се отстранува од анолитот.

На катодата, натриумовите јони се редуцираат, кои формираат слаб раствор на натриум во жива (натриум амалгам):

Амалгамот континуирано тече од електролизаторот до амалгамскиот разградувач. Високо прочистената вода, исто така, постојано се доставува до разградувачот. Во него, натриумовиот амалгам, како резултат на спонтан хемиски процес, речиси целосно се распаѓа од вода со формирање на жива, каустичен раствор и водород:

Вака добиениот каустични раствор, кој е комерцијален производ, практично не содржи нечистотии. Живата речиси целосно се ослободува од натриумот и се враќа во електролизаторот. Водородот се отстранува за прочистување.

Сепак, целосното прочистување на алкален раствор од остатоци од жива е практично невозможно, така што овој метод е поврзан со истекување на метална жива и нејзините пареи.

Зголемените барања за еколошка безбедност на производството и високата цена на металната жива доведуваат до постепено поместување на методот на жива со методи за производство на алкали со цврста катода, особено со методот на мембрана.

Лабораториски методи за добивање

Во лабораторија, натриум хидроксид понекогаш се добива со хемиски методи, но почесто се користи електролизатор од мал дијафрагма или мембрански тип.

ДЕФИНИЦИЈА

Натриум хидроксидформира тврди бели, многу хигроскопни кристали, кои се топат на 322 o C.

Поради силниот корозивен ефект врз ткаенините, кожата, хартијата и другите органски материи, се нарекува каустична сода. Во инженерството, натриум хидроксид често се нарекува каустична сода.

Натриум хидроксид се раствора во вода, ослободувајќи голема количина топлина поради формирање на хидрати.

Натриум хидроксид треба да се чува во добро затворени садови, бидејќи лесно го апсорбира јаглерод диоксидот од воздухот, постепено претворајќи се во натриум карбонат.

Ориз. 1. Натриум хидроксид. Изглед.

Подготовка на натриум хидроксид

Главниот метод за производство на натриум хидроксид е електролиза на воден раствор на натриум хлорид. За време на електролизата, водородните јони се испуштаат на катодата и во исто време јоните на натриум и хидроксид се акумулираат во близина на катодата, т.е. се добива натриум хидроксид; Хлорот се ослободува на анодата.

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH.

Покрај електролитскиот метод за производство на натриум хидроксид, понекогаш се користи и постар метод - вриење раствор од сода со гасена вар:

Хемиски својства на натриум хидроксид

Натриум хидроксид реагира со киселини за да формира соли и вода (реакција на неутрализација):

NaOH + HCl = NaCl + H2O;

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O.

Растворот на натриум хидроксид ја менува бојата на индикаторите, на пример, кога во растворот од оваа алкали се додаваат лакмус, фенолфталеин или метил портокал, нивната боја ќе стане сина, темноцрвена и жолта, соодветно.

Натриум хидроксид реагира со раствори на сол (ако содржат метал способен да формира нерастворлива база) и кисели оксиди:

Fe 2 (SO 4) 3 + 6NaOH = 2Fe(OH) 3 ↓ + 3Na 2 SO 4;

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Примени на натриум хидроксид

Натриум хидроксид е еден од најважните производи на основната хемиска индустрија. Се троши во големи количини за прочистување на нафтените продукти; Натриум хидроксид е широко користен во сапун, хартија, текстилна и други индустрии, како и во производството на вештачки влакна.

Примери за решавање проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2