Виробництво каустичної соди в Україні та країнах СНД

 

АНОТАЦІЯ

Темою даної роботи є виробництво каустичної соди. Сода каустична є пожежо- та вибухобезпечна. Їдка, корозійно активна речовина. За ступенем впливу на організм відноситься до речовин 2-го класу небезпеки. Як тверда речовина, так і концентровані її розчини викликають дуже сильні опіки.

Виробляється  у двох видах: твердому та рідкому. Тверда гранульована каустична сода являє собою білу тверду масу з розміром лусочок 0,5-2 см. Рідкий розчин каустичної соди - безбарвний.

 

 

ANNOTATION

The theme of this work is the production of caustic soda. Caustic Soda is a inflammablity and explosion. Fretting, corrosion active ingredient. The degree of influence on the body relates to compounds of the 2nd class of danger. As solid and concentrated solutions of cause very severe burns.

It is produced in two forms: solid and liquid. Solid granular caustic soda is the white solid mass scales with the size of 0.5-2 cm Liquid caustic soda solution - colorless.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

ВСТУП	4
РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРОБНИЦТВА КАУСТИЧНОЇ СОДИ	5
1.1. Виробництво каустичної соди  в Україні та країнах СНД	5
1.2. Характеристика та вимоги до якості продукції каустичної соди	7
1.3. Характеристика  сировини, матеріалів та напівпродуктів	8
1.4. Фізико-хімічні  основи технологічного процессу  виробництва каустичної соди	9
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА КАУСТИЧНОЇ СОДИ	16
2.1. Функціональна  схема виробництва каустичної соди	16
2.2. Класична  схема виробництва каустичної соди	17
2.2.1. Опис та  технологічна схема виробництва каустичної соди	17
2.2.2. Технологічно  проблемні стадії виробництва каустичної соди	21
2.2.3. Аналіз утворення  відходів від виробництва каустичної соди	22
2.3. Новітня схема  виробництва каустичної соди	26
2.3.1. Опис та  технологічна схема виробництва каустичної соди	26
2.3.2. Проблемні  стадії виробництва каустичної соди	30
2.4. Порівняльна  характеристика технологічних схем виробництва каустичної соди	31
РОЗДІЛ 3. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ОХОРОНИ ДОВКІЛЛЯ  ПРИ ВИРОБНИЦТВІ КАУСТИЧНОЇ СОДИ	32
3.1. Аналіз потоків  відходів від виробництва каустичної соди	32
3.1.1. Газові відходи	32
3.1.2. Рідкі відході	33
3.1.3. Тверді відходи	36
3.2. Впровадження  природоохоронних технологій у  виробництві каустичної  соди	37
3.2.1. Огляд та  аналіз існуючих технологій очищення каустичної соди	37
3.2.2. Вибір та  обґрунтування технологій очищення каустичної соди	39
РОЗДІЛ 4. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА	43
4.1.Розрахунок матеріального балансу процесу	43
4.2. Розрахунок (оцінка) кількості відходів	44
ВИСНОВКИ	46
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	49
ДОДАТКИ	51

 

ВСТУП

Обєктом дослідження  в даній роботі є виробництво  натрію гідроксида (каустична сода) — білої чи майже білої розплавленої маси або у вигляді маленьких кульок, пластівців та інших форм, що містить суму лугів у межах 97,0–100,5% у перерахунку на NaОН. NaОН — твердий та ламкий з кристалічним зламом; у воді і під дією кисню швидко абсорбує вуглекислий газ та воду.

У хімічних галузях  промисловості натрій гідроксид застосовується для нейтралізації кислоти, як реагент або каталізатор у хімічних реакціях; у хімічному аналізі - для титрування; також NaOH використовується для травлення алюмінію та у виробництві чистих металів; у нафтопереробці - для виробництва олив.

Каустична сода у цивільній обороні застосовується для дегазації і нейтралізації отруйних речовин, у тому числі зарину, в ізолюючих дихальних апаратах (ІДА), для очищення повітря від вуглекислого газу, що видихається. У процесі написання було вивчено: хімічні та фізико–хімічні процеси, що відбуваються при одержанні каустичної соди;  технології основних хімічних виробництв; фізичну сутність, призначення та область застосування основних процесів хімічних та природоохоронних технологій;  загальні закономірності перебігу гідромеханічних, теплових та масообмінних процесів; основні поняття, визначення і терміни, що характеризують гідромеханічні, теплові та масообмінні процеси;  основні варіанти апаратурного оформлення технологічних процесів виробництва та процесів охорони довкілля;  загальні методи розрахунку конструктивних розмірів апаратів;  умовні графічні позначення технологічного обладнання.  сучасні підходи до проектування гнучких хіміко-технологічних екологічно безпечних виробництв;  критерії вибору процесів та обладнання захисту довкілля;

 

 

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРОБНИЦТВА КАУСТИЧНОЇ СОДИ

 

1.1. Виробництво каустичної соди  в Україні та країнах СНД

На початку XIX століття розвиток виробництва каустичної соди ( NaOH ) було тісно пов'язане з  розвитком виробництва кальцинованої соди. Цей взаємозв'язок була обумовлена тим , що сировиною для хімічного способу отримання NaOH служила кальцинована сода , яка у вигляді содового розчину каустіфіціровалась вапняним молоком. А сировиною для отримання каустичної соди можуть бути природні речовини містять Na і CO. Крім того , для отримання соди застосовують ряд допоміжних матеріалів - аміак , паливо , воду і пар. Природні джерела каустичної соди незначні ( мінерали натрон , термонатріт , трону ) . Na CO отримують головним чином насиченням NH і СО розчину NaCl і подальшим нагріванням до 140-160 ° С , а також з нефеліну . Содові озера і содові відкладення розташовані головним чином в Західному Сибіру і Кулундинской степу ( Петуховскій та Михайлівська група озер) . Одночасно в кінці XIX ст . стали швидко розвиватися електрохімічні методи отримання NаОН електролізом вод ¬ них розчинів NaCl. Хлорид натрію (кухонна сіль) широко поширена в природі як у твердому вигляді ( пласти кам'яної солі , самосадочная сіль соляних озер) , так і у вигляді розчинів (морська вода , соляні озера , соляні джерела ) . Відомі родовища кухонної солі : Артемівська - Слов'янське , Верхньокамське і Яр- Бішкадакское месорожденіе в Башкіріі.Верхнекамское родовище характеризується також величезними покладами сільвініта.Сільвініт є мінералом , що містить суміш NaCl (70 - 75%) і KCl.Отход виробництва хлориду калію , який містить у сухому вигляді до 97 % NaCl , 1% KCl і домішки солей кальцію і магнію , використовують для виробництва соди.Каустична сода виробляється в Україні (марки РД), а також імпортується  в основному з Росії (марки РД і РР). Середня ціна каустичної соди марки РД 4500 – 5000 грн. тонна. 

Каустична сода використовується в металургії, хімічній, медичній, нафтовій і целюлозно-паперовій  промисловості. Каустична сода, отримана за мембранною технологією, як і ртутним каустиком застосовується в атомній енергетиці. Каустична сода, яка отримана за мембранним методом електролізу, має високі конкурентоспроможні показники не тільки через більш низьку ціну, але й завдяки її більш високій якості, що відповідає ртутному каустику. Реалізація проекту дозволить повністю закрити потребу внутрішнього ринку України в якісному каустику. [1]

В Україні виробництво повністю забезпечене сировиною. На підприємстві є власний промисел, що розробляє поклади каустичної соди. Вирішене питання забезпечення енергоресурсами - електроенергією, природним газом, водою, технологічною парою. Реконструкція виробництва виконується на існуючих виробничих площах, без капітального будівництва нових корпусів.  Існуюча площадка обладнана  автодорогами, залізничними під'їзними коліями, каналізаційними й водогінними мережами. Є комплекс очисних споруд, нормативна санітарна зона. Виробництво забезпечено кваліфікованими кадрами. [1]

У листопаді 2010 року Презитентом України було відкрито нове виробництво каустичної соди на ТОВ "Карпатнафтохім".  З пуском нового виробництва в Україні вперше розпочато випуск вітчизняної каустичної соди мембранним методом, якість якої відповідає світовому рівню.

Прогресивна технологія одержання каустичної соди мембранним способом також дозволяє підвищити безпеку ведення технологічного процесу за рахунок різного зменшення кількості водню в хлоргазі, що значно підвищує ступінь зрідження хлору і відповідно зменшує кількість абгазів зрідження, які викидаються в атмосферу.

 

 

 

 

1.2. Характеристика та вимоги до якості продукції каустичної соди

Технічна кальцинована сода виготовляється марок: А чи Б. Сода кальцинована марок А і Б використовується у виробництві скла всіх видів, у  тому числі кришталю, оптичного та медичного скла, склоблоків, піноскла, силікату натрію розчинного, керамічних плиток, компонента фритт для глазурі; чорною і кольорової металургії: для виробництва свинцю, цинку, вольфраму, стронцію, хрому, для десульфуризації і дефосфації чавуну, в очищенні газів, що відходять, для нейтралізації середовищ.

Для виробництва  електровакуумного скла використовується сода кальцинована марки: А вищого гатунку  зі строго нормованим гранулометричним складом. [2, с 125]

Сода кальцинована марки: Б застосовується в хімічній промисловості для виробництва синтетичних миючих засобів і жирних кислот, при очищенні розсолів, у виробництві фосфорних, хромових, барієвих, натрієвих солей як карбонатвмісними сировину, у виробництві гліцерином, аллилового спирту; целюлозно-паперової, аніліно-фарбової і лакофарбової та нафтовій промисловості. [2, с 125]

Технічна кальцинована сода повинна бути виготовлена ​​відповідно до вимог даного стандарту за технологічним регламентом, затвердженим у встановленому порядку (ГОСТ 5100-85). [2, с 125]

У технічної  кальцинованої соді , призначеної  для виробництва нітриту натрію , використовуваного для виготовлення капролактаму , а також виробництва  сульфідних солей , відбілювачів і для  знежирення деталей у електровакуумної промисловості , масова частка масел не повинна перевищувати 0,01%.Масові частки вуглекислого натрію в непрокаленних продукті і втрати при прожарюванні технічної кальцинованої соди марок: А вищого гатунку , призначеного для виробництва синтетичних миючих засобів , 1- го і 2 -го сортів і Б нормують на момент відвантаження. [2, с 125]

У каустичній соді марки : А вищого гатунку , призначеної для виробництва синтетичних миючих засобів ( CMC ), що не нормують масову частку залишку на ситі з сіткою № 01К за ГОСТ 6613 .За погодженням із споживачем допускається випуск кальцинованої соди марки : Б з нормами за показниками: масова частка вуглекислого натрію ( Nа2СОз ) - не менше 97 %; масова частка вуглекислого натрію в непрокаленних продукті - не менше 94 %; масова частка втрати при прожарюванні при 270 - 300 ° С - не більше 3 ; масова частка хлоридів у перерахунку на NaCl - не більше 1,5 %; масова частка заліза в перерахунку на Fе2Оз - не більше 0,03 %.[2, с 125]

 

1.3. Характеристика  сировини, матеріалів та напівпродуктів

Для отримання  каустичної соди діафрагмовим методом  із залізним катодом і електро осмос з ртутним катодом застосовуються розсоли з вмістом NaCl більше 310 г / л, Ca менш 1,27 г / л, Mg менше 0,16 г / л, SО42-менш 2,68 г / л, К менше 0,2 г / л.

Електроліз водного розчину хлориду натрію використовується для промислового виробництва гідроксиду натрію. В якості побічного продукту при цьому виходить водень. 

Електролітичний луг, одержуваний електролізом з ртутним катодом, не містить хлориду натрію. Для одержання з нього гідроксиду натрію луг упарюють до заданої концентрації і потім обезводнюють. Луг, що отримується електролізом з залізним катодом, містить 170-200 г/л хлориду натрію. Процес переробки цього щелока полягає у виділенні з нього хлориду натрію, що повертається в технологічний процес, упарюванні розчину і зневодненні отриманого плаву їдкого натру для отримання твердого продукту. Виділення хлориду натрію з лугу засноване на його ізотермічної кристалізації. Розчинність хлориду натрію у водних розчинах гідроксиду натрію знижується зі збільшенням концентрації останнього.

Тому при  упарюванні щелока з нього випадає  розчинений у ньому хлорид натрію. Упарювання до концентрації вище 50% мас. практичної точки зору, так як за цією межею розчинність хлориду натрію майже не змінюється. Виділився хлорид натрію після охолодження розчину відокремлюють на фільтрі, промивають і знову використовують для електролізу (зворотна сіль).

У деяких галузях  промисловості використовують твердий  їдкий натр. Для його отримання  очищений від хлориду натрію і  упарену луг зневоднюють (плавлять) в котлах, що обігріваються топковим газами, або у вакуум-випарних установках безперервної дії, що обігріваються висококиплячих органічним теплоносієм - даутермом (суміш дифенілу і діоксиду).

Технічний гідроксид  натрію (їдкий натр) випускають у  твердому вигляді (плавлений і у вигляді лусочок) з вмістом NaOH не менше 95% (ГОСТ 2263-71) і у вигляді водного розчину з вмістом NaOH не менше 610 г / л (ГОСТ 11078-71 ).

1.4. Фізико-хімічні  основи технологічного процессу  виробництва каустичної соди

Вапняний спосіб отримання їдкого натру заснований на каустичної - фікації карбонату натрію вапном або вапняним молоком:

Nа СО ( р ) + Са ( ОН) ( тв. ) NаОН (р) + СaCO (тв ) + 0,84 кДж .

Подача на каустифікації  замість вапняного молока вапна  дозволяє використовувати теплоту  гасіння СаО . Крім того , утворюється більш концентрований розчин їдкого натра за рахунок виведення з процесу води, що надходить з вапняковим молоком.

На початку процесу  напрямок реакції зрушено вправо , так як розчинність СaCO менше  розчинності Са ( ОН) .

На початку процесу каустифікації в розчині присутня велика кількість іонів CO , що знижують і без того малу розчинність СaCO . У міру каустифікації в розчині накопичуються іони ОН і зменшується кількість іонів CO , тому розчинність Са збільшується , а розчинність Са (ОН ) зменшується. При досягненні однакової розчини ¬ тості солей настає рівновага . Константа рівноваги реакції ¬ ції виражається співвідношенням 1.1:   

                                                                            (1.1)

Розчинності СaCO і Са (ОН ) різною мірою залежать від температури, тому , строго кажучи , константа рівноваги  залежить від температури. Проте  практично ця залежність не враховується. Важливою характеристикою процесу  каустіфікації є рівноважна ступінь  каустифікації , виражений відношенням 1.2:

                                                                                   (1.2)

Висловлюючи концентрацію іонів [ОН ] через константу рівноваги К і концентрацію іонів [ CO ] , отримують 1.3:

                                                                                   (1.3)

З виразу випливає, що рівноважна ступінь каустифікації (ступінь переходу соди в їдкий натр ) за інших рівних умов знижується при збільшенні вмісту соди в вихідному розчині . При вмісті соди в розчині ¬ не більше 23,2 %  в даній фазі з'являється Пірсон, сприяючий зростанню втрат соди. Навпаки, при зниженні концентрації соди у вихідному розчині ступінь каустифікації підвищується.