Виробництво каустику діафрагменним методом та методом рідкого катоду

 

МНС України

ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БЕЗПЕКИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ

Інститут цивільного захисту

Кафедра екологічної  безпеки

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

з предмету " Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування "

на тему: „ Виробництво каустику діафрагменним методом та методом рідкого катоду ”

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

Курсант груги  ЕК - 41

 

  Морик К. А.

 

Прийняв:

 

Петрова М.А.

 

 

 

Львів – 2012

ЗМІСТ

АНОТАЦІЯ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА  ВИРОБНИЦТВА КАУСТИКУ

1. Виробництво каустику в Україні та країнах СНД
2. Характеристика та вимоги до якості каустика
3. Характеристика сировини, матеріалів та напівпродуктів
4. Фізико-хімічні основи технологічного процесу

РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА КАУСТИКУ

   2.1. Функціональна схема виробництва

   2.2. Класична схема виробництва

         2.2.1. Опис та технологічна схема виробництва

         2.2.2. Технологічно проблемні стадії виробництва

        2.2.3. Аналіз утворення відходів

РОЗДІЛ 3. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ОХОРОНИ ДОВКІЛЛЯ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ КАУСТИКУ

  3.1 Аналіз потоків відходів у виробництві каустику

      3.1.1. Газові відходи у виробництві каустику

      3.1.2. Тверді відходи у виробництві каустику

  3.2. Впровадження природоохоронних технологій у виробництві каустику

РОЗДІЛ 4. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

  4.1 Технологічний розрахунок основного апарату

  4.2. Розрахунок кількості відходів у виробництві каустику

ВИСНОВКИ 

СПИСОК  ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

 

 

 

АНОТАЦІЯ

УДК  -047.36

504.064.04

 

 

Новітні технології та процеси та охорона довкілля. Морик К.А. – Курсова робота. Кафедра екологічної безпеки. – Львів, ЛДУБЖД, 2012.

 

55 с. текст. частина., 14 джерел., 10 рисунки, 5 таблиці.

 

Розглянуто питання виробництва каустику діафоагменним методом і методом рідкого катоду. Проаналізовано вплив на довкілля, раціональність виробництва, економічну доцільність і зіставлення двох методик виготовлення каустичної маси .

Ключові слова: каустична сода , виробництво каустику ,  сировина , відходи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Згідно сучасним вимогам природокористування, виконання будь-якої господарської діяльності не повинно призводити до незворотних порушень природного середовища. Виробництва каустичної соди у зв'язку з використанням ртутного методу довгий час було одним з найбільш агресивним галузям хімічної промисловості, які мають вплив на навколишнє середовище. У наш час ртутний метод поступово йде з ужитку і поступається місцем більш прогресивної мембранної технології, заснованої на застосуванні мембран з перфторірованний полімерів. Незважаючи на це є ще й діафрагм енний метод виробництва каустичної соди . У зв'язку з цим метою курсового проекту є проектування схеми виробництва каустичної соди методом рідкого катоду та діафрагм енним методом.

Для досягнення даної мети поставлені наступні завдання:

-Вивчення існуючих способів виробництва каустичної соди;

- Розробка технологічної схеми виробництва каустичної соди заданими методами.

     Також  враховується   сировина різних способів виробництва .  У хімічній промисловості сода каустична використовується для виробництва органічних барвників, синтетичного фенолу, гліцерину, інсектицидів, різних хімікатів і напівпродуктів, лікарських засобів, пластмас та інші, для очищення нафти, нафтопродуктів і мінеральних масел. У чорній металургії застосовується для видалення сірки із сталі, в целюлозно-паперовій - для обробки целюлози, паперової маси. Успішно сода каустична застосовується в металургії при виробництві алюмінію. В автомобільній промисловості її використовують у виробництві лужних акумуляторів, в хімічній в технологічних процесах виготовлення трилону  Б і, звичайно, велике значення має сода каустична при виробництві різноманітних миючих засобів: від звичайного мила до пральних порошків різних видів. Розчини каустичної соди використовуються для дезинфекції в багатьох галузях.

 

 

1.Загальна характеристика виробництва каустику.

1.1. Виробництво кустику в Україні та країнах СНД.

 

Мал. 1

 

Світові запаси каустику за станом на кінець 2011 р. оцінюються Геологічною службою США в 24 млрд. т, база запасів - в 40 млрд., з яких відповідно 23 млрд. і 39 млрд. т зосереджено в США. Великі запаси даної сировини є також в наступних країнах (млн. т): Ботсвана - 400, Мексика - 200, Туреччина - 200, Уганда - 20, Кенія - 7. Вказані оцінки не змінилися у порівнянні з 2010 р. Природну кальциновану соду отримують з трони і багатою карбонатом натрію ропи. Найбільше в світі родовище трони Green River Basin розташовано в США (шт. Вайомінг). Значні запаси кальцинованої соди знаходяться також на озерах в шт. Каліфорнію. В світі є щонайменше 62 ідентифікованих родовища природного карбонату натрію. Видобуток кальцинованої соди в основному сконцентрований в США. На природну соду доводиться менше 1/3 сумарних світових виробництва кальцинованої соди, яке в 2011 р. оцінюється в 38 млн. т (11,2 млн. - природний продукт, 26,8 млн. т - синтетичний). Сумарні світові виробничі потужності підприємств, що випускають кальциновану соду, за станом на початок 2011 р. оцінюються приблизно в 41686 тис. т. Таким чином, їх завантаженість складає приблизно 89%. Найбільшими світовими продуцентами кальцинованої соди є (%): США - 35, Китай - 31, ЄС - 16, Індія - 6, Росія - 5. Географічна структура сумарного світового виробництва кальцинованої соди (природної і синтетичної), за оцінкою Геологічної служби США, характеризується наступними даними (тис. т):

 

№	Країна	2009 р	2010 р	2011 р
1	Всього	34500	35900	37100
2	США	10200	10300	10500
3	Китай	8343	9144	10189
4	Росія	2199	2370	2400
5	Індія	1500	1500	1500
6	Германія	1400	1400	1400
7	Польща	1081	1100	1100
8	Франція	1000	1000	1000
9	Італія	1000	1000	1000
10	Великобританія	1000	1000	1000
11	Болгарія	800	800	800
12	Японія	669	680	690
13	Україна	500	650	678
14	Турція	620	640	600
15	Румунія	550	560	550
16	Іспанія	500	500	500
17	Нідерланди	400	400	400
18	Республіка  Корея	310	310	310
19	Кенія	238	298	308
20	Австралія	300	300	300
21	Канада	300	300	300
22	Мексика	290	290	290
23	Ботсвана	191	251	270
24	Пакистан	230	203	230
25	Бразилія	200	200	200
26	Австрія	150	150	150
27	Іран	150	150	150
28	Португалія	150	150	150

 
За оцінкою, в 2011 р. світове виробництво каустику збільшилося в порівнянні з 2010 р. на 2,7% після зростання на 3% в 2009 р. В світі 9 країн володіють потужностями по випуску даного товару, що перевищують 1 млн. т в рік. До їх числа входять (перераховані в порядку зменшення об'ємів потужностей): США, Китай, Росія, Індія, ФРН, Франція, Італія, Польща і Великобританія. У Болгарії, Румунії і на Україні також є потужності приблизно в 1 млн. т в рік, проте зважаючи на несприятливі економічні умови в цих країнах, вони останнім часом були недовантажені. Вважають, що недавні придбання підприємств крупними європейськими продуцентами або створення з ними спільних підприємств можуть в найближчі декілька років змінити ситуацію на краще. В даний час на світовому ринку кальцинованої соди визначилися три домінуючі групи : "Solvay SA" (Бельгія), "American Natural Soda Corp." , "ANSAC" (США, представляє всі 6 американських продуцентів) і Китай. Найближчими роками ці три постачальники продовжують виробництво і експортуватимуть кальциновану соду значному числу покупців у всьому світі. Масштаби груп "ANSAC" і "Solvay SA" (чия американська філія також є членом "ANSAC") дозволяють їм регулювати світовий ринок за допомогою гнучкого ціноутворення і встановлення певних каналів постачань. "ANSAC" була утворена в 1983 р. Американський експорт, здійснюваний через "ANSAC", складає приблизно 3,5 млн. т кальцинованої соди в рік. Таким чином, на продажі "ANSAC" доводиться більше 80% експорту каустику з країни. Група експортує товар у всі регіони світу, куди він поставляється безпосередньо американськими продуцентами.

 

 

1.2 Характеристика  та вимоги до якості каустику.

Каустик, гідроксид натрію, каустична сода, їдкий натр, їдкий луг – все це назви одного і того ж продукту. З назви виявляється, що основною властивістю каустичної соди (каустику) є здатність роз'їдати органічні речовини. Зовні продукт може вдавати із себе масу у вигляді лусочок або безбарвний (інколи ледве підфарбований) розчин, в якому може знаходитися кристалічний осад. Каустична сода (їдкий натр) може випускатися так само у вигляді плавленої білої маси.

У хімічній промисловості  каустик нейтралізують кислоти і кислотні залишки, використовується як реагент або каталізатор. Їм труїться алюміній. За участю каустичної соди виробляються чисті метали і масла в процесі нафтопереробки.

Каустик випускається в двох видах: твердому і рідкому. Тверда каустична сода є білою твердою лускатою масою з розміром лусочок 0,5-2см. Каустична сода дуже гігроскопічна, добре розчиняється у воді, а при з'єднанні її з водою виділяється велика кількість тепла. Рідка каустична сода має вигляд безбарвної або забарвленої рідини.

Розчинність у воді : 420 г/л при 0°c, 1090-1260 г/л при 20°С. За допомогою гідроксиду натрію розлучається лужний розчин. При цьому крісталіки натра акуратно сипляться в рідину, і ніяк не навпаки, інакше реакція може бути дуже сильною. Потім лужний розчин також акуратно наливається в базові масла і жири. За допомогою NAOH готується так зване тверде мило. Окрім цього, для приготування рідкого мила використовується KAOH - гідроксид калія.

Каустик використовується в цивільній обороні при дегазації і нейтралізації отруйливих речовин. Харчова промисловість теж використовує каустик, де він зареєстрований як харчова добавка. За допомогою каустичної соди знімають шкірку з фруктів і овочів, забарвлюють карамель і розм'якшують маслини.

 

1.3. Характеристика сировини, матеріалів та напівпродуктів для виробництва каутику

1.4. Фізико-хімічні  основи технологічного процесу виробництва каустику

Вапняний  спосіб здобуття каустичної соди. Каустифікація.

Вапняний спосіб здобуття їдкого натра заснований на каусті­фікації карбонату натрію вапном або вапняним молоком:

Nа₂СО₃ (р)+Са(ОН)₂ (тв.) NаОН(р) + СaCO₃ (тв) + 0,84 кДж. (1)

Подача на каустифікацію замість вапняного молока винищити дозволяє використовувати теплоту гасіння СаО. Окрім того, утворюється більш концентрований розчин їдкого натра за рахунок виводу з процесу води, що поступає з вапняним молоком.

На початку процесу  напрям реакції (1) зрушений вправо, оскільки розчинність СaСО₃ менше розчинності Са(ОН)₂.

На початку  процесу каустифікації в розчині присутня велика кількість іонів CO₃^-2, що знижують і без того малу розчинність СaСО₃. У міру каустіфікациі в розчині накопичуються іони ОН і зменшується кількість іонів CO^2-₃, тому розчинність СаСО₃ збільшується, а розчинність Са(ОН)₂ зменшується. Досягши однакової розчинності солей настає рівновага. Константа рівноваги реакції (1) виражається співвідношенням:

              (2)

Розчинності СaСО₃ і Са(ОН)₂ різною мірою залежать від температури, тому, строго кажучи, константа рівноваги залежить від температури. Проте практично ця залежність не враховується. Важливою характеристикою процесу каустифікації є рівноважна міра каустифікації, виражена відношенням:

                        (3)

Виражаючи концентрацію іонів [ОН^-] через константу рівноваги К і концентрацію іонів [CO^2-₃], отримують:

                        (4)

З вираження (4) виходить, що рівноважна міра каустифікації (міра переходу соди в їдкий натр) за інших рівних умов знижується при збільшенні вмісту соди у вихідному розчині. При вмісті соди в розчині більше 23,2% (мас.) в даній фазі з'являється пірсоніт Na₂CO₃ · CaCO₃ · 2H₂O, сприяючий зростанню втрат соди. Навпаки, при пониженні концентрації соди у вихідному розчині міра каустифікації підвищується.

Проте разом  з цим зростає також питомий  вміст води (на 1 кг твердого NaОН) в каустифіційному содовому розчині. Зростання питомого вмісту води приводить до збільшення витрати гріючої пари на випарку слабких щелоков, тобто до зростання вартості продукційної каустичної соди.

Вельми малий  тепловий ефект реакції (1) показує, що температура мало впливає на рівноважну міру каустифікації. Швидкість досягнення рівноваги залежить від температури. Тому хоча температура і не впливає на рівноважний вихід NaОН, процес каустифікації ведуть при температурі 98— 100° З, що забезпечує досить високу швидкість протікання процесу. Крім того, збільшення температури сприяє виникненню великокристалічного осаду СaСО₃, що покращує відділення шламу від лужних розчинів при подальшій її декантації і підвищує швидкість осадження СaСО₃ за рахунок зниження в'язкості розчину.

Відділення  і промивання шламу. Слабкий луг необхідно відокремити від шламу і освітлити. Швидкість і повнота відділення шламу від слабкого луга залежать від якості обпалюваного вапняку, умов його випалення, надлишку винищення і інших чинників. При підвищенні температури випалення і збільшенні часу перебування матеріалу в зоні випалення швидкість освітлення луга зростає. Умови гасіння винещення також помітно позначаються на швидкості освітлення луга.