烧碱生产分析

作者:烧碱生产分析 来源:未知 2021-11-19 14:13   阅读:

第一章烧碱生产分析,第一节烧碱生产简介第二节烧碱生产中各控制点分析第三节工业烧碱的测定,第一节烧碱生产简介,烧碱是重要的化学工业产品,它被广泛应用于科研、生产、国防以

第一章 烧碱生产分析,第一节 烧碱生产简介 第二节 烧碱生产中各控制点分析 第三节 工业烧碱的测定,第一节 烧碱生产简介,烧碱是重要的化学工业产品,它被广泛应用于科研、生产、国防以及日常生活之中。烧碱又是基本的工业原料,在国民经济中占有很重要的地位。其产量和用量可以反映一个国家的工业生产水平。烧碱工业为基本化学工业。 烧碱即NaOH,又称苛性钠,为白色不透明的羽状结晶,熔点为328℃,质脆易溶于水并放出大量的热。烧碱在空气中易潮解,并能吸收二氧化碳,它对许多物质都有强烈的腐蚀性。其产品可分为固体烧碱(固碱),液体烧碱(液碱),片状烧碱(片碱)等。烧碱的生产工艺主要有两种,一种是采用石灰乳苛化纯碱溶液的方法,称石灰苛化法。另一种是电解食盐溶液生产烧碱和氯气的方法,因为电解槽所用的阴极材料不同而分为隔膜法和汞阴极法。目前烧碱生产主要应用的是电解法,下面简介隔膜电解法。,隔膜电解食盐法,是用阳离子交换膜将电解槽隔成阳极室和阴极室。这层膜只允许钠离子穿透,而对氢氧根离子起阻止作用,另外还能阻止氯化钠的扩散。食盐溶液在电场作用下,钠离子经过膜的传递到阴极侧与氢氧根离子生成氢氧化钠,而带负电的氯离子被隔离在阳极室。从而达到生产低盐、高纯、高浓度氢氧化钠产品,同时得到联产氯气和氢气的目的。 反应式为: 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑,一 、生产工艺,,电解,,1、盐水的制备与精制 工业用食盐溶解成盐水(必须达到一定浓度)后,其中所含的Ca2+、Mg2+、SO42-,机械杂质等对电解有害,必须除去。根据分析结果计算出精制剂(烧碱、纯碱及氯化钠)的用量。盐水中加入精制剂后其反应为: Ca2++CO32- CaCO3↓ Mg2++2OH- Mg(OH)2↓ SO42-+Ba2+ BaSO4↓,,,,,纯碱和烧碱的加入量,必须稍微超过理论需要量。而氯化钡的加入量则应按照精盐水中的SO42-含量不超过3.5Kg/m3这一标准进行控制。对于不溶解的机械杂质,则可借澄清和过滤的方法除去。即得精盐水。 MDC—29型隔膜电解槽要求精盐水的主要技术指标为: NaCl=310~326Kg/m3;硬度(以Ca2+计)<10PPm; SO42-<2.5Kg/m3;PH=3.5~2.5;温度约75℃。,,2、精盐水电解 电解槽如图所示。当精盐水由管连续进入阳极室。阳极室液不断地从阳极室通过隔膜孔流入阴极室。阴极室生成的电解液,经电解槽底部的管连续流出。氯气和氢气分别经过气管连续排出。在阳极(石墨棒)上进行的主要电极反应: 2Cl--2e=Cl2↑ 精盐水经电解后发生的主要变化为溶液中部分Cl-在阳极上放电并逸出氯气,阳极液中剩下的Na+向阴极迁移,在与阳极液从阳极室通过隔膜的孔流入阴极室,在方向上是一致的。,,在铁阴极上进行的主要反应:2H++2e=H2↑ H+在铁阴极上放电,并逸出氯气的同时,H2O不断的离解成H+和OH-: H2O=H++OH- 随着H+的放电,在阴极的溶液中就剩下OH-,它与来自阳极液中的Na+形成NaOH。 所以阴极室的溶液又称为电解碱液,或称电解液。 电解液中的OH-是带负电荷的阴离子,它要向阳极迁移和扩散,因此导致许多负反应的产生。 随着电解的继续进行,在阴极附近的NaOH浓度逐渐增大,同时在阳极和阴极附近的NaCl浓度下降,阳极上的部分Cl2溶解在阳极液中,生成次氯酸和盐酸 Cl2 +H2O====HClO+HCl,,此时,当阴极上生成的NaOH溶液由于扩散与OH-的迁移,而使阳极附近的OH-浓度升高,就会发生中和反应: NaOH+HClO=====NaClO+H2O NaOH+HCl===NaCl+H2O 由于HClO和HCl被NaOH中和,将促使Cl2的继续溶解。当溶液中的HClO和NaClO由上述反应的结果含量不断增大,又可能发生下列反应: 2HClO+NaClO===NaClO3+2HCl 此外,若ClO-在阳极上放电时,还可能引起下列反应: 6ClO-+6OH-===2ClO3-+4Cl-+O2 +3H2O+6e 若NaClO到达阴极后,可能被换原而生成NaCl: NaClO+H2===NaCl+H2O,,阳极附近的OH-浓度升高后,导致产生另一种不良后果,OH-在阳极上放电,逸出O2: 2OH--2e===O2 +H2O 由于各种副反应不仅消耗了产品,并能使生成造成一定的危害。副反应所生成的产物,成为烧碱和氯气的杂质,使产品的纯度下降。为了减少副反应,首先应选用性能良好的隔膜,提高电解温度,或者用汞电解法。,,3、电解液的蒸发和固碱生产 隔膜电解槽制得的电解液,约含11~12%的氢氧化钠和大量的氯化钠,所以碱液必须经过蒸发,把氢氧化钠的浓度提高到30~42%,与此同时,由于除去大部分食盐,浓缩后的碱液可以作为产品(液碱)或送去熬制固碱。 我国广泛采用三效顺流蒸发。电解液经过预热后,依次进入一效、二效、三效蒸发器,蒸发到碱液浓度为25~30%,由于碱浓度的提高,大部分食盐结晶析出。从第三效蒸发器出来的盐碱混合物送至中间碱液贮槽,盐沉至槽底,上部清液流入浓效蒸发器,在浓效蒸发器中蒸发至其浓度为42~45%,即得液碱。,,从蒸发工段送来的液碱,还必须进一步的蒸发除去其中的水份和杂质。一般常采取直接火加热间歇式生产固碱法。它分为蒸发、熔融、澄清三个阶段。这三个过程都在铸铁熬碱铁锅中进行。当锅内温度达到500℃时,水份已全部蒸出,此时加入少量的硝酸钠,使锅内温度降至400℃时加入适量硫磺,以保证碱色洁白,熔融碱带有颜色是由于含有少量铁、锰化合物的缘故。 铁锅在高温下被碱液腐蚀生成氢氧化亚铁。 加入硝酸钠使Fe(OH)2氧化,然后脱水为氧化铁。 析出的氧化铁沉降至锅底。当碱温降至400℃时,加入硫磺使带有颜色的高价锰(高锰酸钠)还原为二氧化锰而沉至锅底。 当熔融碱的温度降至330℃左右即可出碱,用铁桶包装,固体烧碱的成份规格如表所示。,,二、工艺流程及各控制点,工艺流程及各控制点如图所示。 控制点分析项目为:①盐水中Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+等含量测定;②精盐水中SO42-、Na2CO3、总硬度(以Ca2+计)等含量及pH值测定;③阴极电解液中NaOH、Na2CO3、NaCl、NaClO、NaClO3 等含量测定;④阳极电解液中Cl-、NaClO、NaClO3、等含量测定;⑤氯气中Cl2、O2、CO2等含量测定;⑥氢气含量测定;⑦蒸发浓缩后液碱含量测定;⑧成品分析(固碱);⑨成品分析(液碱)。,第二节 烧碱生产中各控制点分析,

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