Блок-схема процесса производства кальцинированной соды аммиачным способом. Тенденции развития содового производства

Развитие содовой промышленности связанно с использованием отходов производства – CaCl₂ и мелких фракций мела или известняка. Промышленное применение получил процесс производства соды из мирабилита – Na2SO4 с одновременным получением сульфата аммония. Предлагается получать соду без регенерации аммиака из раствора NH4Cl, выделяя хлористый аммоний из раствора и используя его как удобрение. Предлагается применение в качестве сырья вместо NaCl сильвинита, что позволит получать соду и азотно-калийное удобрение.

Вопрос № 30

Производство едкого натра и хлора электрохимическим способом. Электролиз хлоридов натрия в ваннах с фильтрующей диафрагмой. Блок-схема промышленного производства едкого натра и хлора.

К электрохимическим производствам относят химические процессы, протекающие в водных процессах или расплавах под действием постоянного электрического тока. Путем электролиза возможно получение химических продуктов высоко чистоты. К недостаткам электролитических процессов следует отнести высоких расход энергии при электролизе, что увеличивает себестоимость получаемого продукта. При электролизе помимо основного процесса, протекает ряд побочных, также связанная с затратами энергии. Мерой эффективности использования энергии при электролизе служит коэффициент использования энергии (μ), который равен отношению количества энергии, теоретически необходимой для выделения единицы продукта (Wт), к действительно затраченной (Wпр):

μ= (Wт/ Wпр)*100%; μ=(Vr/Vпр)*η где: Vт- теоретическое напряжение на электролизе, В; Vпр- практическое напряжение в ванне В. На практике всегда стремятся иметь максимальный коэффициент использования энергии. Для этого создают условия, при которых напряжение в ванне невелико, выход по току большой. Электролиз хлоридов натрия в ваннах с фильтрующей диафрагмой. Ванна с фильтрующей диафрагмой представляет собой цилиндрический сосуд внутри которого находится асбестовая диафрагма железный катод в виде сетки и графитовый анод. При пропускании постоянного электрического тока на аноде происходит:2Cl ^--2e = Cl₂.на катоде: 2H ⁺+ 2e = H2. Ионы гидроксила и натрия образуют едкий натрий: Na ⁺ + OH ^- = NaOH. Подготовленный раствор NaCl подается в анодное пространство ванны, где при прохождении электрического тока происходит выделение CL2 на аноде. Раствор хлорида натрия фильтруется через диафрагму, водород в катодном пространстве выделяется на катоде и выводится из катодного пространства. На переносе тока от катода к аноду наряду с ионами Cl- принимает участие и OH- ион. Материал анода (графит) взаимодействует с кислородом в момент его выделения по реакции: C + O2 = CO2. Чтобы уменьшить участие OH- ионов в переносе тока и связанные с этим нежелательные процессы устанавливают обратный поток электролита из анодного в катодное пространство через диафрагмы.

Вопрос № 31

Производство едкого натра и хлора электрохимическим способом. Электролиз хлоридов натрия в ваннах с ртутным катодом. Блок-схема промышленного производства едкого натра и хлора. Основные показатели процесса электролиза.

К электрохимическим производствам относят химические процессы, протекающие в водных процессах или расплавах под действием постоянного электрического тока. Путем электролиза возможно получение химических продуктов высоко чистоты. К недостаткам электролитических процессов следует отнести высоких расход энергии при электролизе, что увеличивает себестоимость получаемого продукта. При электролизе помимо основного процесса, протекает ряд побочных, также связанная с затратами энергии. Мерой эффективности использования энергии при электролизе служит коэффициент использования энергии (μ), который равен отношению количества энергии, теоретически необходимой для выделения единицы продукта (Wт), к действительно затраченной (Wпр):

μ= (Wт/ Wпр)*100%; μ=(Vr/Vпр)*η где: Vт- теоретическое напряжение на электролизе, В; Vпр- практическое напряжение в ванне В. На практике всегда стремятся иметь максимальный коэффициент использования энергии. Для этого создают условия, при которых напряжение в ванне невелико, выход по току большой. Электролиз

хлоридов натрия в ваннах с ртутным катодом. Ванна с ртутным катодом состоит и 2 частей – электролизёра и разлагателя, соединенных друг с другом. Раствор NaCl концентрацией 310-315 г/л непрерывно подается в электролизер. При прохождении постоянного тока на анодах выделяется хлор. На ртутном катоде перенапряжение выделения водорода очень велико и H+ ионы не разлагаются, а происходит разряд ионов натрия. В результате образуется натрий: Na⁺ + e = Na. который реагирует со ртутью, образуя амальгаму натрия: Na + nHg = NaHgn. Температура электролита 70-80оС. Из верхней части электролизера непрерывно выводится обедненный раствор NaCl, а снизу – амальгама натрия, которая поступает в разлагатель, где она обрабатывается водой. При этом происходит образование NaOH, водорода и ртути: NaHgn + H₂O = NaOH + 0,5H₂ + nHg. Амальгама натрия разлагается на специальных насадках. Выделившуюся ртуть с помощью насоса возвращают в электролизер. Т.о. ртуть находится в замкнутом цикле. Обедненный раствор хлорида натрия донасыщают хлоридом натрия и вновь возвращают на электролиз. Из разлагателя выводится раствор очень чистой щелочи.

Вопрос № 32

Производство фосфорной кислоты термическим и экстракционным способами. Химизм процессов. Экологические проблемы процессов производства фосфорной кислоты. Блок-схема экстракционного процесса.

Термический способ получения фосфорной кислоты включает сжигание элементарного фосфора в кислороде воздуха, охлаждение газов, гидратацию P₂O₅ и абсорбцию H₃PO₄, улавливание туманообразной кислоты. При сжигании паров фосфора, выходящих из печи, или расплавленного фосфора получается фосфорный ангидрид: 2P₂ + 5O₂ = 2P₂O₅. Далее фосфорный ангидрид взаимодействует с водой. Сначала образуется метафосфорная кислота: P₂O5 + H₂O = 2HPO₃, которая при охлаждении и наличии избытка воды гидратируется с получением термической фосфорной кислоты, отличающейся высокой чистотой и концентрацией: HPO₃ + H₂O = H₃PO₄. Экстракционный способ заключается в разложении природных фосфатов либо серной кислотой, либо смесью серной и фосфорной кислот: Ca₃(PO₄)₂ = 3H₂SO₄ + 6H₂O = 2H₃PO₄ + 3(CaSO₄*2H₂O); Ca5(PO₄)₃F + 5H2SO₄ + nH₃PO₄ = (n+3)H₃PO₄ + 5CaSO₄*mH₂O + HF. Основные стадии производства экстракционной фосфорной кислоты: 1)Разложение фосфата серной кислотой в фосфорнокислой среде с промежуточным охлаждением реакционной смеси 2) Отделение фосфорной кислоты от осадка сульфата кальция на вакуум-фильтре с противоточной промывкой сульфата кальция водой. Основными отходами фосфорнокислотных производств являются: сульфат кальция, фтористые соединения, фосфоросодержащая вода, и другие отходы. Наибольшую опасность для экологии окружающей среды представляют фтористые соединения.