Учебное пособие: Получение гидроксида натрия каустификацией содового раствора
[Ca (OH)2 ][Na2 CO3 ]
Поскольку при каустификации в реакционной смеси присутствует твердая фаза гидроокиси и карбоната кальция, то величины [CaCO3 ]и [Ca(OH)2 ]постоянны, и их можно включить в величину константы равновесия по формуле 2:
[Cа(OH)2 ] [Na OH]2 [Na+ ]2 [OH- ]2 [OH- ]2
К= ————— = К1 = ——————— = ————————— = ————— (2)
[Сa CO3 ] [Na2 CO3 ] [Na+ ]2 [CO2- 3 ] [CO2 - 3 ]
Выразив значение [OH- ]2 и [CO3 2- ] через произведения растворимостей соответствующих веществ получим значение константы равновесия в зависимости от растворимости гидроокиси и карбоната кальция по формуле 3:
ПР Са(ОН)2
К = —————— (3)
ПР Са СО3
Из выражения (3) видно, что равновесие в рассматриваемой системе определяется исключительно соотношением растворимостей гидроксида и карбоната кальция. Отсюда можно определить пути повышения равновесного выхода едкого натрия (NaOH) называемого степенью каустификации.
Основным способом повышения равновесной степени каустификации (то есть степени превращения карбоната натрия (Na2 CO3 )в гидроксид натрия (NaOH) при равновесии) является понижение концентрации карбоната натрия в исходном содовом растворе. При этом в равновесном каустифицированном растворе понижается концентрация карбонат ионов [ СО3 2- ] и возрастает соотношение [ОН- ]2 :[СО3 2- ]и, следовательно, степень каустификации. Выбор оптимальной концентрации соды в исходном растворе определяется не только степенью каустификации, но и концентрацией полученного раствора едкого натрия. При этом учитывается расход пара и топлива на упарку щелоков. На практике применяют 2 –3 Н раствор карбоната натрия, (то есть 10-15 % -ный раствор), при этом достигают степени каустификации в среднем около 90% и получают щелок, содержащий 100-120 г/дм3 едкого натрия. Низкая концентрация едкого натра в щелоках, идущих на упаривание – основной недостаток известкового способа.
Влияние температуры на процесс каустификации неоднозначно. Повышение температуры снижает константу равновесия и равновесную степень каустификации вследствие увеличения растворимости карбоната кальция; с другой стороны, повышение температуры увеличивает скорость реакции (5), а также скорость отстаивания шлама карбоната кальция. Поэтому каустификацию ведут при повышенной температуре 80-1000 С в реакторах – каустицерах, обогреваемых острым паром или при помощи змеевиков, по которым циркулирует пар. /1/
Влияние технологических параметров на степень каустификации подробнее представлено в приложении 1.
3. Исходный уровень знаний
Для выполнения лабораторной работы студент должен знать:
1) правила работы в химической лаборатории;
2) химические и физические свойства используемых соединений;
3) понятие о концентрации растворов: процентная (массовая доля), молярная, нормальность;
4) определение грамм-эквивалента вещества для различных соединений: кислот, солей, оснований;
5) метод кислотно-основного титрования, метод весового анализа, правила приготовления растворов, фильтрование (простое и под вакуумом), способы определения плотности растворов;
6) закон эквивалентов и методы расчета концентрации раствора и содержание вещества;
7) понятие о гетерогенных системах.
Для выполнения лабораторной работы студент должен уметь:
1) правильно пользоваться химической посудой и лабораторным оборудованием;
2) взвешивать необходимое количество вещества;
3) приготавливать растворы требуемой концентрации;
4) проводить титрование и фильтрование.
4. Цель самоподготовки
Для проведения лабораторной работы «Каустификация содового раствора» студент должен самостоятельно изучить следующие вопросы: