1. Отримання гідроксиду натрію

Мета роботи:вивчити на лабораторній установці вплив параметрів технологічного режиму на процес виробництва гідроксиду натрію вапняно-содовим способом, виконати аналіз вихідної сировини і продуктів, розрахувати технологічні показники і скласти матеріальний баланс.

1. Стислі теоретичні відомості

Вапняно-содовий спосіб отримання (застарілі назви каустична сода, їдкий натр) базується на процесі каустифікації карбонату натрію (кальцинованої соди) негашеним вапномСаОабо вапняним молоком з наступним фільтруванням та упарюванням розчинуNaOH.

+ 0,84 кДж. (1.1)

Подача на каустифікацію негашеного вапна СаОдозволяє використати теплоту реакції гасіння вапна (тепловий ефект цієї реакції складає 65,5 кДж, що набагато вище теплового ефекту за реакцією (1.1)) на випарювання розчину, при цьому утворюється більш концентрований розчин гідроксиду натрію за рахунок виведення з процесу води, що потрапляє з вапняним молоком.

Це типовий гетерогенний некаталітичний процес, що протікає в системі «рідина-тверда речовина», напрямок і швидкість якого залежать від співвідношення розчинності найменш розчинних компонентів Са(ОН)₂таСаСО₃, тобто від концентрації іонівОН^-таСО₃^2-,в розчині. Константа рівно ваги реакції (1.1) виражається співвідношенням:

(1.2)

або з урахуванням добутків розчинності Са(ОН)₂таСаСО₃:

; (1.3)

, (1.4)

. (1.5)

На початку процесу каустифікації в розчині присутня велика кількість іонів СО₃^2-, що зменшують і без того малу розчинністьСаСО₃. По мірі протікання процесу каустифікації в розчині накопичуються іониОН^-та зменшується вміст іонівСО₃^2-, тому розчинністьСаСО₃збільшується, а розчинністьСа(ОН)₂зменшується.

Важливою характеристикою процесу каустифікації є ступінь каустифікації (ступінь перетворення Na₂CO₃уNaOH), яка розраховується за формулою:

.(1.6)

Виразивши концентрацію іонів ОН^-з рівняння (1.5),отримаємо:

, (1.7)

звідки випливає, що рівноважнийступінь каустифікації за інших рівних умов знижується при збільшенні вмісту соди у вихідному розчині. Оптимальна масова частка соди у вихідному розчині становить ~24%. При більш високій масовій частці кальцинованої соди можливе утворення пірсоніту –Na₂CO₃·CaCO₃·2H₂O, що призводить до збільшення втрат соди, тобто зростання витратного коефіцієнту за содою. Зниження концентрації соди у вихідному розчині сприяє збільшенню ступеня каустифікації, однак у той же час збільшується питомий вміст води, що призводить до витрат гріючої пари на випарювання слабких лужних розчинів і зниженню швидкості хімічної реакції.

Значення теплового ефекту реакції (1.1) вказує на незначний вплив температури на рівноважний ступінь каустифікації, процес каустифікації проводять при температурі 353 ÷ 373 К (80 ÷ 100ºС).

Такий температурний режим сприяє збільшенню швидкості взаємодії речовин, що реагують і отриманню крупнокристалічного осаду СаСО₃, що інтенсифікує процес відділення шламу від лужних розчинів, так як при

температурі нижче 353 К (80ºС) в процесі каустифікації утворюється тонко дисперсний осад карбонату кальцію, який адсорбує значну кількість гідроксиду натрію і важко відділяється від рідкої фази.

Збільшенню швидкості каустифікації та отриманню крупних кристалів сприяє перемішування реакційної суміші.