Выдержка из текста работы
· Na2CO3·10H2O (декагидрат карбоната натрия, содержит 62,5 % кристаллизационной воды) — стиральная сода; иногда выпускается в виде Na2CO3·H2O или Na2CO3·7H2O
· NaHCO3 (гидрокарбонат натрия) — питьевая или пищевая сода, натрий двууглекислый, бикарбонат натрия
Название «сода» происходит от растения Salsola Soda, из золы которого её добывали. Кальцинированной соду называли потому, что для получения её из кристаллогидрата приходилось его кальцинировать (то есть нагревать до высокой температуры).
Каустической содой называют гидроксид натрия (NaOH).
Карбонат натрия используют в стекольном производстве, мыловарении и производстве стиральных и чистящих порошков, эмалей, для получения ультрамарина. Также он применяется для умягчения воды паровых котлов и вообще устранения жёсткости воды, для обезжиривания металлов и десульфатизации доменного чугуна. Карбонат натрия — исходный продукт для получения NaOH, Na2B4O7, Na2HPO4.
2. Физико-химические свойства кальцинированной соды
Сода кальцинированная — карбонат натрия, безводный углекислый натрий, химическая формула — Na2CO3. Внешний вид — бесцветные кристаллы; до 350 оС существует б-модификация, в интервале 350-479оС — в с моноклинной кристаллической решёткой, а выше 479 оС — гексагональная модификация г; ДЗо преходов б-в и в-г соответственно 0,8 и 2,1 кДж/моль; Тпл — 858оС; ДЗопл — 28 кДж/моль. Гигроскопичен. Растворимость в воде 17,69% по массе(20оС); ДЗо растворения для бесконечно разбавленного раствора — 26,65кДж/моль; растворы имеют сильнощелочную реакцию. Ниже 32 оС из водных растворов кристаллизуется декагидрат, в интервале 32-35 оС — гексагидрат, выше 35 оС — моногидрат, а выше 112,5 оС — безводная соль.
В природе сода встречается в виде минералов: трона Na2CO3? NaHCO3?2H2O, сода (синонимы натрит и натрон) Na2CO3? 10H2O и термонатрит Na2CO3·Н2O. Сода кристаллизуется в моноклинной системе, образует белые зернистые или порошковые массы, на воздухе быстро теряет воду. Твердость по минералогической шкале от 2,5 (трона) до 1,5; плотность 2110 (трона) — 1420 (сода) кг/м3. В России содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. Ископаемая сода (трона), имеющая промышленное значение, встречена в составе эоценовой толщи Грин-Ривер (Виргиния, США). Вместе с троной в этой осадочной толще обнаружено много ранее считавшихся редкими минералов, в том числе давсонит [NaAICO3(OH)2], который рассматривается как сырьё для получения соды и глинозёма. В США сода природная удовлетворяет более 40% потребности страны в этом полезном ископаемом.
Основные физико-химические свойства кальцинированной соды представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 — Свойства карбоната натрия.
|
Показатель |
б-Na2CO3 |
Na2CO3?10H2O |
Na2CO3?7H2O |
Na2CO3?H2O |
|
|
Сингония |
Моноклинная |
Моноклинная |
Ромбическая |
Ромбическая |
|
|
Параметры решётки |
|||||
|
a, нм |
0,8907 |
1,2754 |
1,448 |
1,072 |
|
|
b, нм |
0,5239 |
0,9009 |
1,950 |
0,5249 |
|
|
c. нм |
0,6043 |
1,26 |
0,7016 |
0,6469 |
|
|
угол, град |
101,35 |
115,85 |
— |
— |
|
|
Число формульных единиц в ячейке |
4 |
4 |
8 |
4 |
|
|
Пространственная группа |
С2 или Сm |
Cc |
Pbca |
Pca2i |
|
|
Плотность, г/см3 |
2,509(25оС) |
1,44(16оС) |
1,51(20оС) |
— |
|
|
Сор, Дж/(моль*К) |
112,3 |
550,32 |
418,4 |
145,6 |
|
|
So298, Дж/(моль*К) |
135 |
564 |
426,8 |
168,15 |
|
|
ДЗоf298 Дж/(моль*К) |
-1129,19 |
-4070,03 |
-3200,3 |
-1430,01 |
3. Области применения кальцинированной соды и содовых продуктов
Техническая кальцинированная сода изготавливается марок: А или Б. Сода кальцинированная марок А и Б используется в производстве стекла всех видов, в том числе: хрусталя, оптического и медицинского стекла, стеклоблоков, пеностекла, силиката натрия растворимого, керамических плиток, компонента фритт для глазурей; черной и цветной металлургии: для производства свинца, цинка, вольфрама, стронция, хрома, для десульфуризации и дефосфации чугуна, в очистке отходящих газов, для нейтрализации сред.
Для производства электровакуумного стекла используется сода кальцинированная марки А высшего сорта со строго нормированным гранулометрическим составом.
Сода кальцинированная марки Б применяется в химической промышленности для производства синтетических моющих средств и жирных кислот, при очистке рассолов, в производстве фосфорных, хромовых, бариевых, натриевых солей как карбонатсодержащее сырье, в производстве глицеринов, аллилового спирта; целлюлозно-бумажной, анилино-красочной и лакокрасочной и нефтяной промышленностях. Важнейшие области применения кальцинированной соды и содовых продуктов показаны на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 — Области применения кальцинированной соды и содовых продуктов
4. Аммиачный способ получения кальцинированной соды (метод Сольве)
Аммиачный способ получения соды был предложен еще в 1838-1840 английскими инженерами-химиками Г.Грей-Дьюаром и Д.Хеммингом. Они пропускали через воду газообразные аммиак NH3 и диоксид углерода CO2, которые при взаимодействии дают раствор гидрокарбоната аммония NH4HCO3:
NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3,
а затем добавляли к этому раствору хлорид натрия NaCl, чтобы выделить малорастворимый на холоде гидрокарбонат натрия NaHCO3:
NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3? + NH4Cl
Гидрокарбонат натрия отфильтровывали и нагреванием превращали в соду:
2 NaHCO3 = Na2 CO3 + CO2? + H2 O?
Диоксид углерода CO2, необходимый для проведения процесса, получали из карбоната кальция СаСО3 — мела или известняка — при прокаливании:
CaCO3 = CaO + CO2?,
а оксид кальция CaO, который при этом получался, после обработки водой давал гидроксид кальция Ca ( OH)2 :
CaO + H2 O = Ca(OH)2,
необходимый для получения аммиака NH3 из хлорида аммония NH4 Cl:
2 NH4 Cl + Ca(OH)2 = 2 NH3? + CaCl2 + 2 H2 O
Таким образом, аммиак все время находился в обращении и не расходовался, отходом производства оставался только хлорид кальция CaCl2 (схема представлена на рисунке 1.2).
Рисунок 1.2 — Схема аммиачного способа получения кальцинированной соды по методу Сольве.
Эрнест Сольве не внес принципиальных новшеств в химическую основу содового процесса английских инженеров, он только технологически оформил производство, однако, это тоже непросто. В частности, он применил здесь аппараты колонного типа, которые позволили вести процесс непрерывно и достичь высокого выхода продукта.
Преимущества аммиачного метода состояли в получении более чистой соды, меньшем загрязнении окружающей среды и экономии топлива (поскольку температура здесь ниже).
Первыми в мире заводами, использующими аммиачный способ получения соды, стали бельгийский завод в Куйе, построенный по проекту самого Сольве в 1865, и Камско-Содовый завод Лихачева в России, который начал работать в 1868. Российский завод был создан полковником Иваном Лихачевым в его имении на берегу реки Камы в Казанской губернии. Лихачев добывал аммиак NH3 путем сухой перегонки отходов, которые ему поставляли почти двести кожевенных мастерских со всей округи. Диоксид углерода СО2 получали прокаливанием известняка, найденного поблизости. Завод просуществовал недолго и уже через четыре года был закрыт из-за нерентабельности: сильно подорожали и кожевенные отходы, и поваренная соль NaCl.
5. Практическое задание
кальцинированный сода суперфосфат химический
Составить материальный баланс процесса получения двойного суперфосфата на 1 т фосфорита, если в производстве используется 30-% -ная (Р2О5) фосфорная кислота, степень разложения фосфорита составила 88%. Исходный фосфорит содержит 84 % фторапатита, 9% — карбоната кальция, 7% — нерастворимый остаток.
Решение.
Производительность по фосфориту 1 000 кг/час
Сырье:
1. фосфорит (в %):
Са5 (Ро4)3F — 84%
CaCo3 — 9%
Нерастворимый остаток — 7%
2.Кислота фосфорная
Р2О5 — 30 %
Н2О — 70 %
Степень разложения фосфорита (в %) — 88
Материальный расчет разложения.
Процесс разложения фосфорита фосфорной кислотой протекает по следующему химическому уравнению:
Уравнения
Ввиду того что этим уравнением не учитывается взаимодействие с фосфорной кислотой примесей, содержащихся в фосфорите, составляется следующее уравнение:
Уравнение
Количество фосфорита (по компонентам):
Са5(РО4)F — 840 кг
СаСО3 — 90 кг
Итого: 1 000 кг Производим расчет по уравнения реакций. По уравнения (1): Из 840 кг Са5(РО4)3
|
Приход |
Расход |
|||
|
статья |
кг/ч |
статья |
кг/ч |
|
|
Са3(РО4)2 |
840 |
Са(Н2РО4)2*Н2О |
1848+226,8 |
|
|
СаСО3 |
90 |
Нерастворимый остаток |
55,43 |
|
|
Нерастворимый остаток |
70 |
СО2 |
39,6 |
|
|
Р2О5 |
350,9 |
|||
|
Н2О |
818,9 |
|||
|
Всего |
2169,83 |
Всего |
2169,83 |
