что такое каустификация соды

Каустическая сода

Каустическая сода – это самая востребованная щелочь во всем мире. Еще ее называют гидроксидом натрия, едким натром, каустиком или едкой щелочью. Ежегодно для удовлетворения потребностей промышленности производится примерно 55,5 млн тонн этого вещества. Каустическую соду относят к категории сильных химических оснований, поскольку она полностью диссоциирует (растворяется) в воде.

Разновидности

По методу электролиза производят такие виды каустической соды:

Некоторые различия производственного процесса дают возможность производить следующие марки:

Характеристики

Сода каустическая гранулированная имеет следующие особенности:

Запомните, что нагревание гидроксида натрия может привести к взрыву.
Каустическая сода активно взаимодействует с материалами и химическими соединениями:

Каустическая сода не реагирует:

Стоит соблюдать осторожность при добавлении воды или кислоты к каустической соде, поскольку результатом реакции является выделение большого количества тепла.

Производство каустической соды

Получение каустической соды основано на процессе электролиза хлористого натрия. При этом в результате реакции выделяются хлор и водород.
Создать каустическую соду можно тремя методами:

Амальгамный метод базируется на процессе электролиза, в котором используется ртутный катод. Главным достоинством метода является получение довольно чистого каустика, в котором нет хлора.
Диафрагменным методом можно получить каустик, в котором содержится много хлора. Однако, стоимость изготовления существенно ниже. Этот способ базируется на процессе разделения катода и анода пористой диафрагмой.
Мембранный метод называют самым перспективным. Метод основан на процессе разделения катода и анода мембраной, пропускающей исключительно ионы натрия. Главным достоинством можно назвать существенную простоту метода, в сравнении с диафрагменным методом. Кроме этого, данный метод наименее энергозатратет. Тратится на 25% меньше энергии, чем при ртутном методе и на 15% меньше, чем при диафрагменном. Этот способ является самым экологичным из всех перечисленных.
На территории России каустическую соду выпускают на 10 заводах. Главным образом используют ртутный и диафрагменный способы. Мембранной технологией может похвастаться лишь одно предприятие.

Для чего применяется каустическая сода

По статистике ежегодно в мире используется около 57 миллионов тонн данного соединения. Это достаточно большой объем. Каустическая сода, применение которой основано на ее уникальных свойствах, используется в:

Меры предосторожности

Так как каустическая сода представляет собой едкое и коррозийноактивное вещество, ее относят к категории второго класса опасности. Следовательно, соблюдение мер предосторожности является обязательным.
При попадании едкого натра на кожу, слизистую оболочку или в глаза, можно получить ожог. При попадании в глаза происходит атрофия зрительного нерва, которая может привести к полному лишению зрения.
Если каустическая сода попала на слизистую оболочку, то ее срочно нужно промыть большим количеством проточной воды. Учтите, что вода должна быть слегка теплая. Ни в коем случае нельзя промывать горячей водой.
Когда сода попадет на кожные покровы, их нужно протереть слабым раствором уксусной кислоты.
Людям, работающим с каустической содой, нужно обязательно иметь:

Каустическая сода хорошо переносит транспортировку. Перевозка осуществляется различными методами – по железной дороге, по воде, а также автомобильным транспортом. Жидкую соду перевозят в цистернах, а в твердом виде ее перевозят в мешках. Поскольку гидроксид натрия хорошо и активно поглощает влагу, то во время перевозки его нужно оградить от попадания на него жидкости. Кроме этого, на вещество не должны попадать прямые солнечные лучи.
Срок годности едкого натра составляет не более 12 месяцев. Склад, на котором будет храниться каустик, не должен отапливаться.
Жидкий гидроксид натрия должен быть перелит в специальную щелочестойкую емкость, которая должна быть плотно закрыта. И жидкий и сухой каустик нужно хранить в сухом, прохладном помещении.

Источник

Каустическая сода: ее свойства и применение

Описание средства

Каустическая сода — сильная ядовитая щелочь. Если ее раствор попадет на кожу, то могут возникнуть ожоги, язвы. Она относится ко 2 классу опасности, поэтому при использовании необходимо соблюдать меры предосторожности:

Каустическая сода — продукт химического синтеза, в природе такого вещества не существует. Продается она в хозяйственных магазинах, отделах бытовой химии, расфасована в пластиковые банки или плотные полиэтиленовые мешки весом от 250 г до 30 кг.

Применение

У едкого натра очень широкий спектр применения в различных отраслях производства: текстильной, химической, пищевой, нефтяной и пр. Большая часть стиральных порошков, шампуней, моющих, чистящих средств содержит каустик. Его используют в производстве бумаги, вискозы, оливок, мороженого, какао, шоколада. В пищевой промышленности он известен как пищевая добавка Е524.

В быту основное назначение гидроксида натрия — борьба с жировыми и органическими загрязнениями. Его применяют для чистки канализации, обезжиривания поверхностей, в изготовлении мыла ручным способом, отбеливании и стирке белья, борьбе с садовыми вредителями, для санитарной обработки помещений.

Чистка канализации

Канализационные трубы имеют свойство засоряться: на их внутренней поверхности оседает жир, мыльная пена, органические остатки. Все это спрессовывается, уменьшая просвет трубы, вода плохо уходит, появляется неприятный запах из сливного отверстия. Причины могут быть как технические, так и эксплуатационные:

Перед работой желательно на несколько минут открыть горячую воду для того, чтобы канализационная система прогрелась, и загрязнения лучше поддавались обработке щелочью. Для очистки канализации от жировых и органических загрязнений с помощью каустической соды существует несколько методов:

Раствор гидроксида натрия используют в качестве профилактического средства 1 раз в 3 месяца для промывки труб от накопившихся частичек жира и органических загрязнений.

Чистка выгребных ям

В выгребные ямы на даче или в частном доме сливаются все нечистоты. Большая их часть имеет жидкую фракцию, которая уходит через земляные стенки, а густая скапливается на дне и по мере необходимости удаляется.

Очень часто стенки выгребных ям покрываются плотной органической пленкой, вода перестает уходить. В результате канализационные отходы быстро переполняют яму. Для растворения пленки и очистки земляных стенок используют каустическую соду. Количество ее берут из расчета 4 кг на 1 кубометр выгребной ямы. Предварительно растворив соду в воде, аккуратно выливают раствор едкой щелочи в яму. Эффект наступает через 2-3 дня. Пленка постепенно растворяется, уровень жидкости уменьшается, на дне остается илистый осадок.

Очистка загрязненных поверхностей

Каустическая сода применяется для чистки эмалированных раковин, поверхностей плит, сильнозагрязненной кухонной посуды от жира, копоти, нагара. Для этого нужно смешать ее с жидким моющим средством или со стиральным порошком, развести водой до консистенции пасты, нанести на поверхность. Через 20–30 минут смыть большим количеством воды.

Использовать каустическую соду на оцинкованных, алюминиевых и тефлоновых поверхностях нельзя. Их можно испортить.

Стирка белья

Раствор каустика используют для замачивания, ручной и машинной стирки хлопчатобумажного, льняного белья. При добавлении щелочи вода становится мягкой, пятна хорошо удаляются, особенно с кухонных полотенец. Раствор готовят следующим образом: в 5 л воды нужно развести 3 ст. л. NaOH. Замочить белье на 1–2 часа. После этого постирать обычным порошком.

При стирке белья в стиральной машине к порошку добавляют 2–3 ложки каустической соды. Пятна, даже застарелые, легко отстирываются. Перед стиркой белье желательно замочить, стирать при температуре 40–60°С.

Изделия из шелковых и шерстяных тканей стирать с помощью щелочи не рекомендуется, она может повредить их структуру.

Изготовление мыла

Способов изготовления домашнего мыла с помощью каустической соды множество. Необходимые ингредиенты:

1 л любого растительного масла;

300 мл дистиллированной воды;

эфирные ароматические масла;

порошки, настои различных трав.

Через 4-5 дней можно вынуть мыло из формочек, дать ему»дозреть» и подсохнуть. На это понадобится время (иногда несколько недель). Признаком готовности мыла считается появление на его поверхности белого порошкообразного налета.

Борьба с вредителями и болезнями растений

Гидроксид натрия применяют в борьбе с садовыми вредителями и болезнями растений, для обеззараживания овощехранилищ, амбаров, клеток для животных, теплиц.

Для обработки растений делают раствор: в 2 л воды добавляют 1 ложку каустика, тщательно размешивают, опрыскивают деревья и кустарники. Это помогает избавиться от тли, долгоносика, грибковых поражений: фитофтороза, мучнистой росы.

Для обеззараживания помещений используют 4%-ный раствор NaOH. Для этого берут 10 ст. л.соды растворяют в 5 л воды и несколько раз обрабатывают зараженные поверхности.

Источник

Производство гидроксида натрия или каустической соды химическим способом

Кроме электрохимических методов получения гидроксида натрия (NaOH), которые были рассмотрены ранее, в промышленности существуют химические способы.

Электрохимический метод имеет в настоящее время наибольшее значение, так как кроме каустической соды NaOH получаются и другие ценные продукты – хлор водород.

Из химических способов в промышленности используются два:

По известковому способу производится основное количество химического гидроксида натрия NaOH

Различие химических методов заключается лишь в процессах приготовления разбавленных растворов, или щелоков.

Дальнейшая переработка щелоков для получения более концентрированых растворов или твердого гидроксида натрия одинакова как для химических методов, так и для электрохимических, что рассматривалось ранее.

Известковый способ производства гидроксида натрия

Этот метод более старый и более распространенный, чем ферритный.

Сущность этого способа производства заключается в обработке 18–20 %-го раствора кальцинированной соды
(210–220 г/дм 3 Na₂CO₃) негашеной известью (СаО) при перемешивании и нагревании. Этот процесс называют – каустификацией. Отсюда название гидроксида натрия – каустик, или каустическая сода.

Химические реакции

В основе получения NaOH известковым способом лежат следующие химические реакции.

В растворе соды негашеная известь превращается в гидроксид кальция:

Гидроксид кальция затем реагирует с содой, образуя NaOH:

Реакция (2.2), в результате которой образуется NaOH или каустик, называется реакцией каустификации.

Физико-химические основы процесса каустификации

Рассмотрим теоретические основы процесса каустификации.

Главной в этом процессе является реакция (2.2). Она обратима, так как и в левой и правой части уравнения есть малорастворимые соединения. Процесс – гетерогенный, так как вещества находятся и в жидкой и твердой фазах. Следовательно, при определенных условиях процесса (концентрации, температуре) наступает состояние равновесия.

А. Зависимость состояния равновесия от концентрации.

С увеличением концентрации Na₂CO₃ в растворе степень превращения соды (Na₂CO₃) в NaOH, вопреки принципу Ле-Шателье, понижается, так как в щелочном растворе увеличивается совместная растворимость CaCO₃ и Ca(OH)₂.

В таблице представлена зависимость степени превращения (степени каустификации) кальцинированной соды в гидроксид натрия от начального содержания в исходном растворе карбоната натрия (t = 100 ºC).

22,58Степень каустификации, %

Б. Зависимость состояния равновесия от температуры.

Повышение температуры вызывает понижение выхода гидроксида натрия, так как увеличивается растворимость малорастворимых соединений. На некоторых заводах процесс проводят при 60–70 ºС. Однако выгоднее вести процесс при температуре около 100 ºС, так как в этих условиях одновременно увеличивается и скорость реакции и скорость осаждения шлама (СаСО₃ и другие примеси) вследствие понижения вязкости раствора.

В. Увеличение скорости реакции.

Стандартными методами интенсификации химического процесса являются увеличение концентрации реагирующих веществ и увеличение температуры. Рассмотренный выше технологический режим обеспечивает повышение скорости химической реакции.

Увеличению скорости каустификации способствует также интенсивное перемешивание суспензии, так как при этом возрастает скорость растворения Ca(OH)₂.

После отделения осадка CaCO₃ получаются щелока, содержащие 90–135 г/дм 3 NaOH. Концентрация щелоков приблизительно такая же, как и при электрохимическом способе.

Дальнейшая переработка таких щелоков заключается в их концентрировании путем упаривания и плавления, обезвоживания.

Основные операции технологического процесса

Технологический процесс производства NaOH по известковому способу включает следующие основные операции:

1 – Приготовление содового раствора (или декарбонизация).

2 – Приготовление так называемого «нормального» раствора.

3 – Взаимодействие «нормального» содового раствора с гидроксидом кальция (первая каустификация).

4 – Отделение шлама, содержащего непрореагировавшую активную известь после первой каустификации.

5 – Обработка полученного шлама жидкостью из декарбонатора (вторая каустификация).

7 – Упаривание щелоков

8 – Обезвоживание гидроксида натрия.

Приготовление содового раствора. Для получения каустической соды по известковому способу обычно технический (или сырой) гидрокарбонат разлагают паром в растворе. Этот процесс называют декарбонизацией. Ему соответствует уравнение реакции:

При нагревании раствора в течении нескольких минут до 95–98 ºС превращается в NaOH около 75 % NaHCO₃. Для превращения остальных 25 % NaHCO₃ требуется значительно больше времени.

Разложение ускоряется при пропускании в раствор водяного пара, который подогревает жидкость до 105–110 ºС, уносит диоксид углерода, понижая, таким образом, его давление над раствором и смещая равновесие реакции (2.3) вправо.

1 – скребковый транспортер; 2– смеситель с питателем; 3, 5 – сборники; 4 – декарбонатор; 6 – напорный бак.

При декарбонизации одновременно с диоксидом углерода отгоняется паром аммиак, содержащийся в сыром гидрокарбонате в виде (NH₄)₂CO₃. Карбонат аммония разлагается по уравнению:

На рисунке (Рис.35) представлена схема декарбонизации раствора гидрокарбоната натрия.

Описание схемы

Со скребкового транспортера 1 часть сырого гидрокарбоната поступает через питатель в вертикальный смеситель 2 (большая часть сырого гидрокарбоната идет на кальцинирование). Сюда же из напорного бака 6 непрерывно подается жидкость (конденсат), поступающая из цеха выпарки гидроксида натрия.

Образующаяся в смесителе 2 гидрокарбонатная пульпа перетекает в сборник 3, снабженный мешалкой, оттуда насосом перекачивается в декарбонатор 4. В верхней части декарбонатора имеются барботажные тарелки; нижняя (скруберная) часть колонны заполнена насадкой. В нижнюю часть декарбонатора подается отработанный пар давлением не ниже 0,15 МПа, который движется противотоком к гидрокарбонатной суспензии и нагревает ее. При этом происходит разложение NaHCO₃ (уравнение 2.3) с образованием раствора, содержащего примерно 305 г/дм 3 Na₂CO₃. Раствор карбоната натрия стекает в нижнюю бочку-базу декарбонатора и далее через сборник 5 перекачивается на каустификацию.

Парогазовая смесь (ПГС), выходящая из верхней части декарбонатора, направляется в холодильник газа содовых печей, где присоединяется к потоку СО₂, поступающему из печей (см. «Производство каустической соды Na₂CO₃»).

Декарбонатор – чугунная колонна барботажного или барботажно-скруберного типа D = 2,8 м и Н = 31 м. Верхняя часть состоит из семи барботажных бочек с одинаковыми тарелками. Под барботажными тарелками расположены 18 скруберных бочек, заполненных коксовой насадкой.

Пар подается в третью бочку снизу; две нижние бочки переливные. Гидрокарбонатная суспензия поступает в верхнюю часть колонны; содовый раствор выходит из нижней бочки-базы.

В нижней части декарбонатора поддерживается давление около 0,14 – 0,15 МПа и температура 105–110 ºС, что уменьшает растворимость СО₂, увеличивает скорость разложения NaHCO₃ и, следовательно, увеличивает степень декарбонизации.

Технологический режим процесса декарбонизации

Общая щелочность суспензии, н.д. 105–115

Состав готового раствора:

Степень декарбонизации, % не менее…………………….85

Температура газа на выходе из декарбонатора, ºС…….90–92

Расход тепла в процессе декарбонизации

2500 кДж из 1 кг соды в растворе.

Приготовление «нормального» раствора. «Нормальный» содовый раствор приготавливают в смесителе 1, куда подаются дозированные количества декарбонизованного содового раствора, раствора осадка после выпаривания щелока и щелочной воды

«Нормальный» содовый раствор должен иметь следующий состав (в н.д.):

Общая щелочность, не менее………………………………. 80

*Установлено, что при упаривании в присутствии Na₂SO₄ улучшается выпадение NaOH в осадок.

Температура «нормального» содового раствора должна быть не выше ºС. При повышении температуры раствор охлаждают.

Первая каустификация. Эта стадия проводится при избытке извести около 10 % во вращающемся аппарате – горизонтальном каустицере 2. Внутри барабана имеется стальная рубашка толщиной 10 мм, предохраняющая стенки барабана от истирания. С торцов барабан закрыт стальными крышками с отверстиями. Через одну из этих крышек загружается известь (СаО)
и «нормальный» содовый раствор (Na₂CO₃).

1 – смеситель; 2, 6 – каустицеры; 3 – вытяжная труба; 4 – ловушка; 5, 7, 11, 15 – сборники; 8 – распределительный коллектор; 9 – отстойник: 10 – бак с мешалкой; 12 –аппарат для промы­вки шлама; 13 – вакуум-фильтр; 14 – отделитель.

С противоположного торца выгружают полученную суспензию (щелок со шламом). Каустицер слегка наклонен в сторону выгрузки.

В каустицер поступает обожженная известь в виде кусков размером 20–40 мм и дозируемое количество «нормального» содового раствора из смесителя 1. В каустицере протекают реакции (2.1) и (2.2).

Получается суспензия – в растворе гидроксид натрия NaOH, а в твердой фазе малорастворимые соединения (СаСО₃, непрореагировавший Са(ОН)₂ и примеси).

На выходе суспензии из кауститцера 2 установлена вытяжная труба 3 для удаления выделяющихся паров в атмосферу.

Отделение шлама. Полученная в каустицере 2 щелочная суспензия отделяется в ловушке 4 от шлама, представляющего собой мелкие куски извести, кокса и твердых примесей. Суспензия поступает в сборник 5 с мешалкой, а оттуда – в систему (из 2–3 шт.) вертикальных каутицеров, на вторую стадию каустификации.

Вторая каустификация. В вертикальных каустицерах 6 (на рисунке 36 показан один) происходит вторая стадия каустификация. Степень каустификации доводится до 85–90 %. Далее жидкость стекает в сборник 7, где отделяется от твердых примесей (песка) и подается в распределительный коллектор щелоков 8.

Осветление щелоков и промывка шлама. Из распределительного коллектора 8, снабженного шнековой мешалкой, суспензия плунжерным насосом подается в отстойник 9 для осветления.

Из средней части отстойника осветленный щелок с концентрацией 135 г/дм 3 NaOH при температуре 80 ºС поступает в общий коллектор. Оттуда подается на выпарку.

Избыток щелока направляется в буферный сборник 11 и снова перекачивается в отстойник 9.

Для получения чистого продукта с минимальным содержанием примесей к осветленному щелоку (в среднюю часть отстойника) добавляется небольшое количество Na₂SO₄. Шлам через отверстие в нижней конической части отстойника 9 попадает в специальный карман, куда для разжижения шлама подается промывная жидкость из второго яруса аппарата 12. Для более полного использования оставшейся в шламе извести образовавшаяся пульпа из кармана отстойника поступает в аппарат 10, куда добавляется содовый раствор.

Далее пульпа, содержащая известь и соду, подается в многоярусный аппарат 12 на промывку. Шлам промывается водами шламового фильтра и конденсатом с вакуум-выпарки.

Промывка проводится по принципу противотока: шлам движется сверху вниз (от первого яруса до шестого), промывная вода вводится в нижний (шестой) ярус и далее последовательно перекачивается центробежными насосами на вышележащие ярусы, кончая вторым.

При промывке шлама промывные воды обогащаются щелочью.

Из второго яруса вода поступает в карман отстойник 9 для разжижения шлама, о чем говорилось выше.

Прозрачная жидкость из первого яруса при температуре
75 ºС направляется в отдельные выпарки для растворения осадков, выделяющихся в процессе упаривания щелоков.

Шлам выходит из нижнего яруса промывного аппарата 12 и поступает на вращающейся вакуум-фильтр 13, где окончательно обмывается от щелочи конденсатом с вакуум-выпарки.

Отфильтрованная жидкость и промывные воды из вакуум-фильтра 13 поступает на промывку шлама в аппарат 12.

Промытый шлам продувается на вакуум-фильтре воздухом, разбавляется водой в сборнике шлама 15 и перекачивается на станции абсорбции и дистилляции.

Таким образом, основная операция – получение гидроксида натрия из кальцинированной соды – проводится в горизонтальном каутицере (первая каустификация) и в вертикальных каустицерах (вторая каустификация).

Наиболее медленными процессами получения каустической соды NaOH по известковому способу является отслаивание и промывка шламов. Скорость отслаивания шлама возрастает при добавлении Na₂SO₄, крахмала и солей железа. Аппаратура для этих процессов громоздкая и дорогостоящая. Скорость промывки шлама можно увеличить при замене громоздких многоярусных промывателей более компактными вращающимися вакуум-фильтрами.

Совершенствование технологии каустической соды можно вести в направлении уменьшения количества промывных вод. Этого можно добиться, применяя фильтрование шлама первой каустификации.

Повторный обжиг значительного количества карбонатного шлама, который идет в отходы, дал бы большую экономическую выгоду.

Ферритный способ производства гидроксида натрия

Основным сырьем при получении каустической соды ферритным способом служит кальцинированная сода. Применяемый в этом процессе оксид железа может быть только условно отнесен к сырью, так как он не входит в состав готового продукта и теоретически не должен расходоваться. Для прокаливания смеси кальцинированной соды и оксида железа (III) в качестве топлива применяют мазут.

Химические реакции

При получении едкого натра ферритным способом сухую кальцинированную соду смешивают с измельченным оксидом железа (III). Общая щелочность сухой смеси в пересчете на Na₂CO₃ (или «титр смеси») должна составить не менее 25 %. Остальные 75 % приходится на долю оксида железа и примесей. Влажность смеси может колебаться от 12 до 15 %.

Приготовленную смесь кальцинированной соды и оксида железа прокаливают при температуре выше 1000 ºС в горизонтальных вращающихся печах. В процессе прокаливания образуются твердые крупинки феррита натрия Na₂O∙Fe₂O₃, кристаллизующегося в ромбической системе.

Образование феррита натрия протекает по реакции:

По нормам технологического режима содержание Na₂O в феррите (в пересчете на NaOH) должно составлять 20–23 %, содержание Na₂CO₃ не более 3 %, степень каустификации 87–90 %.

Под действием горячей воды (выщелачивание) феррит натрия разлагается с образованием раствора гидроксида натра и оксида железа (III) по следующему наиболее вероятному уравнению реакции:

Оксид железа отделяют от раствора и возвращают в производственный процесс.

Образовавшийся при выщелачивании феррита натрия раствор, содержащий 360–380 г/л NaOH, поступает на концентрирование (при получении жидкой каустической соды) или последующее обезвоживание (плавление) до образования твердого продукта.

Основные стадии производства каустической соды по ферритному способу

Технологический процесс производства каустической соды по ферритному способу включает следующие основные стадии:

Расходные коэффициенты

Примерные расходные коэффициенты на 1 т каустической соды (92 % NaOH), получаемой по ферритному способу:

Кальцинированная сода (95 % Na₂CO₃), т 1,35–1,4

Оксид железа, кг 28–30

Вода техническая, м₃ около 50

Электроэнергия, кВт ч 95–150

Пар (5–6 атм.), Мкал 1,9

Пар (10–12 атм.), Мкал 0,2

Совершенствование метода

Интенсификация и рационализация ферритного способа производства каустической соды направлены на увеличение производительности агрегатов, уменьшение расхода сырья и топлива, механизацию и автоматизацию трудоемких процессов и улучшение условий труда.

Использование тепла выгружаемого феррита для подогрева воздуха, подаваемого на сжигание топлива в ферритных печах, даст возможность снизить расход топлива, а использование тепла газов, отходящих от ферритных печей, в котлах–утилизаторах позволит получить около 0,95 т пара на 1 т каустической соды.

Полученный пар может быть использован при выпаривши слабых щелоков и для других щелочных нужд. Замена мазута
в ферритных печах природным газом приведет не только к снижению себестоимости готовой продукции, но и к упрощению внутризаводского топливного хозяйства. При этом отпадает необходимость в резервуарах для хранения мазута, помещениях для его слива, промывки цистерн и других операций.

На 100 т каустической соды, вырабатываемой в сутки, внутрицеховым транспортом перевозится более 1950 т сырья и полупродуктов, поэтому механизация транспортирования, погрузки
и выгрузки сырья и готовой продукции позволит не только снизить себестоимость соды, но значительно повысить общую культуру производства и улучшения условия труда.

Источник