СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Литературный обзор

2. Технологическая часть

2.1. Характеристика исходного сырья

2.2. Характеристика готовой продукции

2.3. Описание технологической схемы

2.4. Функциональная модель

2.5. Структурная модель

2.6. Операторная модель

3. Заключение

4. Задача

Список использованной литературы

Введение

Химическая наука и химическая промышленность в настоящее время являются одними из ведущих отраслей, которые обеспечивают научно технический прогресс в обществе. Интенсивный рост данной отрасли требует создания мощной производственной базы в области крупнотоннажных реагентов. Одним из таких веществ является гидроокись натрия.

Гидроксид натрия находит широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности. Едкий натр используется для приготовления электролитов при производстве химических источников тока, в качестве реагента или растворителя в органическом синтезе и технологии искусственных волокон. В связи с наличием такого широкого потребительского спектра выбранная тема является актуальной.

Целью данной работы является разработка экономически эффективного, технологически реализуемого и экологически безопасного производства. Для решения этой проблемы рассмотрим реализуемые в настоящее время в промышленности методы производства едкого натра, выберем наиболее подходящий метод. Предложим методы совершенствования реализуемого производства и решение экологических проблем возникающих при функционировании производства.

1. Литературный обзор

Электролиз водного раствора хлорида натрия - одно из важнейших крупнотоннажных производств, основанных на процессе электролиза водных растворов электролитов. Он позволяет на основе одного сырья получить одновременно три продукта: гидроксид натрия, хлор и водород. Технологический процесс состоит из трех стадий: подготовки сырья к электролизу раствора хлорида натрия, очистки и переработки продуктов электролиза.

1.1. Подготовка сырья к электролизу

Сырьем для электролиза служит хлорид натрия в виде каменной соли, самоосадочной соли или подземного рассола. Подготовка сырья к электролизу включает операции растворения (при использовании твердой соли), очистки рассола от механических примесей и удаления ионов кальция и магния.

Механические примеси удаляют отстаиванием рассола с последующим фильтрованием осадка, а ионы кальция и магния, которые отрицательно влияют на процесс электролиза, обработкой рассола раствором карбоната натрия или известковым молоком:

СаСl +Na2CO3 → СаСО3+ 2NaCl

с последующей нейтрализацией избыточной щелочности соляной кислотой. Осадок карбонатов кальция и магния удаляют фильтрованием.

Полученный рассол должен иметь концентрацию соли 310 - 315 г/л, чтобы обеспечить, возможно, более низкий потенциал разряда ионов при электролизе. Также существуют допустимые пределы содержания ионов кальция и магния.

Рассол, поступающий на электролиз, представляет многокомпонентную систему, в которой содержатся ионы натрия, хлора, гидроксоний-катион и гидроксид-анион. Последовательность их разряда и образующиеся продукты определяются в соответствии с «правилом разряда» величиной их потенциалов разряда, которые зависят от условий электролиза и, весьма существенно, от материала катода. Различают два варианта технологического процесса электролиза водного раствора хлорида натрия: электролиз с твердым железным катодом (диафрагменный метод) и электролиз с жидким ртутным катодом.

Аноды электролизеров в обоих случаях изготавливают из одинаковых материалов: искусственного графита, пропитанного для уменьшения износа льняным маслом, или из титана, покрытого слоем оксидов рутения и титана. Аноды второго типа позволяют вести электролиз при высоких плотностях тока и более низком напряжении. Такие условия снижают расход электроэнергии на 10-12%. Поэтому оксидно-рутениевые аноды вытесняют графитовые: ими оснащено в настоящее время до 70% всех установок электролиза.

1.2. Электролиз раствора хлорида натрия с железным катодом

При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида натрия на железном катоде разряжаются ионы гидроксония НзО+, потенциал разряда которых в насыщенном растворе хлорида натрия, даже при учете перенапряжения, составляет +1,1 В, тогда как потенциал разряда ионов натрия равен +2,71 В.

В то же время, на графитовом и окиднорутениевом анодах потенциал разряда ионов гидроксила ОН" за счет высокого перенапряжения составляет 1,9 В и превышает потенциал разряда ионов хлора, равный 1,6 В. Поэтому на подобных анодах разряжаются ионы хлора.

В табл. 1. приведены потенциалы разряда ионов и уравнения первичных процессов при электролизе с железным катодом.

Таблица 1

Электролиз с железным катодом

Теоретическое напряжение разложения равно:

VT = Ek + Ea = +1,1-(-1,6) = 2,7 В

На практике, при проведении процесса электролиза с железным катодом, на токоподводах электролизера поддерживается напряжение около 4,0 В.

В результате разряда ионов НзО+ в катодном пространстве накапливаются ионы ОН и образуется раствор гидроксида натрия:

NaCl+H2O → 0,5Cl2 + 0,5H2 + NaOH

у анода у катода

Разряд ионов гидроксония на катоде вызывает смещение равновесия диссоциации воды вправо:

2H2O → H3O++OH-

и повышение концентрации гидроксид-ионов в катодном пространстве. При высокой концентрации ионов ОН- возможно попадание их в анодное пространство и реакция разряда:

2OH- - 2ē → 0,5O2 + H2O

Вследствие этого, хлор, выделяющийся в анодном пространстве, загрязняется кислородом.

Вторичные процессы при электролизе с железным катодом протекают в анодном пространстве. Они включают:

- окисление графитового анода кислородом, образующимся приразряде ионов гидроксида на аноде: