Электрохимическая переработка дистиллерной жидкости аммиачно-содового производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрохимическая переработка дистиллерной жидкости аммиачно-содового производства

Введение

Кальцинированная сода широко применяется в стекольной, химической, металлургической, нефтяной, текстильной, целлюлозно-бумажной, пищевой, лакокрасочной промышленности, при производстве различных солей, искусственного волокна, в кожевенном производстве, при очистке воды и рассолов. В настоящее время в мире насчитывается более 75 содовых предприятий производящих 30-35 млн т кальцинированной соды в год. Крупнейшими производителями кальцинированной соды являются США (7-8 млн. т в год), европейские страны, Россия (1.5-2 млн т в год) Китай, Япония. Из существующих методов производства кальцинированной соды наибольшее распространение (70%) получил аммиачный способ [1].

Основные реакции производства соды аммиачным методом можно представить следующим образом:

Для осуществления основной реакции (3) раствор хлорида натрия насыщают аммиаком и диоксидом углерода. Образующийся в результате гидрокарбонат натрия выпадает в осадок, его отфильтровывают и прокаливают, в результате получают соду (реакция 5). Регенерация аммиака из маточного раствора, содержащего хлорид аммония, осуществляется при взаимодействии с по реакции (4). Источником диоксида углерода и гидроксида кальция является продукты обжига карбонатного сырья (реакция 1) с последующим гашением окиси кальция (реакция 2) [2]. В этом случае на каждую тонну получаемой соды после регенерации аммиака образуется до 9 м³ дистиллерной жидкости, содержащей около 100 г/л , около 50 г/л и около 2 г/л других примесей [3]. В настоящее время дистиллерная жидкость почти не перерабатывается и со станции дистилляции сначала направляется в накопители (так называемые белые моря), а затем сбрасывае6ся в водоемы, что приводит к их загрязнению и засаливанию [3].

Можно после специальной подготовки, использовать дистиллерную жидкость для закачки в нефтяные скважины с целью поддержания пластового давления [4]. Однако такой способ ее утилизации возможен при расположении производства кальцинированной соды в районе добычи нефти.

Описан метод переработки дистиллерной жидкости с получением и [4]. Этот метод основан на процессе трехступенчатой выпарки, что обуславливает многостадийность производства, сложное технологическое оборудование, использование газа известковых печей и большие энергозатраты. Так на переработку 1 м³ дистиллерной жидкости по этой технологии необходимо 13.2 м³ газа известковых печей и 2.31 ГДж энергии.

Экспериментальная часть

Нами исследован процесс переработки дистиллерной жидкости с получением Са(ОН)₂, NaОН и НСl. Для исследований была взята дистиллерная жидкость, содержащая 129.6 г/л и 34.7 г/л . Процесс состоял из двух стадий.

На первой стадии дистиллерная жидкость обрабатывалась . В результате происходило образование осадка , а водная часть содержала в основном . Концентрация в водной части после отделения осадка (см. таблицу) определяется количеством взятой щелочи. При этом увеличение мольного отношения более чем 1:2 не приводит к заметному понижению концентрации хлорида кальция в водной части [5].

Таблица. Зависимость концентрации СaСl₂ в фильтрате от мольного отношения СаСl₂:NaOH

Полученный таким образом фильтрат содержал 170 г/л , 43.2 г/л NaOH и 0.50 г/л . На второй стадии фильтрат подвергался переработке в трехкамерном мембранном электролизере 1 (рис. 1). Камеры электролизера были изготовлены из пластин ПВХ толщиной 2 мм. Для разграничения камер использовались катионообменная мембрана (К) марки МК-40, анионообменная мембрана (А) марки МА-40 и электроды из титана, покрытого окисью рутения. Рабочая поверхность каждого электрода и мембраны составляла 41 см². В катодной камере аппарата циркулировал фильтрат, полученный на первой стадии. В анодной камере электролизера циркулировал 0.1 н раствор серной кислоты.

Средняя камера, выполненная в виде мешка, перед опытом заполнялась 0.1 н раствором соляной кислоты. Начальные объемы растворов, циркулирующих в катодной и анодной камерах аппарата, во всех опытах равнялись 200 мл. В катодной камере электролизера происходит разложение воды на электроде с образованием газообразного водорода и ионов гидроксила, приводящих к концентрированию в камере гидроксида натрия. Ионы хлора в электрическом поле мигрируют через анионообменную мембрану в среднюю камеру.

Дальнейшему продвижению их к аноду препятствует катионообменная мембрана. В анодной камере электролизера на электроде происходит разложение воды с образованием газообразного кислорода и ионов водорода. Ионы водорода мигрируют в среднюю камеру, образуя с ионами хлора раствор соляной кислоты, покидающий среднюю камеру по мере накопления.

На рис. 2 представлена зависимость концентрации ионов хлора в катодной камере от времени электролиза. В начальные моменты времени уменьшение концентрации ионов хлора подчиняется линейному закону. При этом скорость извлечения ионов хлора из фильтрата растет с увеличением токовой нагрузки на аппарате. Так при плотности тока 32.2 мА/см² скорость извлечения равняется 11.6 г•л/ч, а при плотности тока 97.6 мА/см² - 37 г•л/ч. Однако, при прохождении через электролизер 7.3-8 А•ч электричества скорость извлечения ионов хлора из фильтрата с течением времени убывает. Особенно это выражено при токовой нагрузке 97.6 мА/см². В этом случае после пропускания через аппарат 12 А•ч электричества скорость извлечения ионов хлора из фильтрата понизилась до 3.5 г•л/ч. Это связано с ростом концентрации ионов гидроксила в катодной камере и, как следствие, с увеличением их потока в среднюю камеру.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки. 1 - Электролизер; 2,6 - насосы; 3,4,5, - емкости; А - анионообменная мембрана; К - катионообменная мембрана.

Рис. 2. Зависимость концентрации от времени. Плотность тока, мА/см²: 1 - 32.2; 2 - 63.4; 3 - 97.6.

Зависимость концентрации гидроксида натрия в катодной камере электролизера от времени процесса представлена на рис. 3.

Видно, что наряду с извлечением ионов хлора в катодной камере электролизера происходит концентрирование гидроксида натрия. Однако скорость концентрирования гидроксида натрия значительно ниже (в 2.75-3.05 раза) скорости извлечения ионов хлора. Это обусловлено совместной миграцией в среднюю камеру ионов хлора и гидроксида. Максимальная концентрация гидроксида натрия, достигнутая в опытах составила около 80 г/л.

Рис. 3. Зависимость концентрации NaOH от времени. Плотность тока, мА/см²: 1 - 32.2; 2 - 63.4; 3 - 97.6.

На рис. 4 приведена зависимость концентрации соляной кислоты в средней камере электролизера от времени.

Рис. 4. Зависимость концентрации HCl от времени. Плотность тока, мА/см²: 1 - 32.2; 2 - 63.4; 3 - 97.6.

Максимальная концентрация соляной кислоты (около 130 г/л) во всех экспериментах достигается после пропускания через электролизер одинакового (около 8.5 А•ч) количества электричества. При этом скорость концентрирования соляной кислоты возрастает с ростом токовой нагрузки на электролизер. При плотности тока 32.2 мА/см² скорость концентрирования соляной кислоты составляет 17.9 г/л·ч, а при плотности тока 97.6 мА/см² скорость концентрирования равна 62.7 г/л·ч.

В результате переработки дистиллерной жидкости по предложенному методу можно получать гидроксид кальция, смесь гидроксида натрия и хлорида натрия, а также соляную кислоту.

Выводы

1. Исследован двухстадийный процесс переработки дистиллерной жидкости с получением Са(ОН)₂, NaОН и НСl.

2. Обработка дистиллерной жидкости гидроксидом натрия (стадия 1) позволяет получить гидроксид кальция и раствор хлорида натрия.

3. Переработка раствора хлорида натрия в трехкамерном мембранном электролизере позволяет получать смесь гидроксида натрия и хлорида натрия, а также соляную кислоту.

4. Гидроксид кальция и соляная кислота представляют собой самостоятельные продукты, а смесь гидроксида натрия и хлорида натрия может использоваться в процессе обработки дистиллерной жидкости.

Литература

дистиллерный жидкость сода переработка

1. Островский С.В. Химическая технология неорганических веществ: учеб. пособие. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. 2006. 149с.

2. Зайцев Д.И., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. М.: Химия. 1986. 311с.

3. Кузнецов Д.А. и др. Общая химическая технология. Под. ред. И.Э. Фурмер. М.: «Высшая школа». 1970. 344с.

4. Производство соды по малоотходной технологии: Монография. Ткач Г.А., Шапорев В.П., Титов В.М. Харьков: ХГПУ. 1998. 429с.

5. Быковский Н.А., Даминев Р.Р., Курбангалеева Л.Р. Переработка дистиллерной жидкости в двухкамерном проточном мембранном электролизере.

Размещено на Allbest.ru