Виробництво каустику діафрагменним методом та методом рідкого катоду

Na⁺ + е = Na⁰

nNa⁺ + nHg^- = Na + Hg

Амальгама безупинно  перетікає з електролізера в розкладач амальгами. У розкладач також безперервно подається високо очищена вода. У ньому амальгама натрію в результаті самовільного хімічного процесу майже повністю розкладається водою з утворенням ртуті, розчину каустику і водню:

Na + Hg + Н₂O = NaOH + 1/2Н₂ + Hg

Отриманий таким  чином розчин каустику, що є товарним продуктом, практично не містить  домішок. Ртуть майже повністю звільняється від натрію і повертається в електролізер. Водень відводиться на очистку.

 

2.2.2. Технологічно проблемні стадії виробництва каустику

Виробництво каустичної соди є великотонажним. За обсягами виробництва основних продуктів хімічної про­ мисловості каустична сода посідає четверте місце. Частка виробництва каустичної соди електролізом водних розчинів хлориду натрію складає 80...85 %.

Недоліками  діафрагменного методу є:

• одержувана рідка каустична сода забруднена шкідливими домішками (хлоридом, залізом, хлоратом натрію та ін.);
• для одержання концентрованих розчинів каустичної соди не­ обхідна додаткова технологічна операція — випарювання, що потребує додаткових витрат;
• якість одержуваної рідкої каустичної соди задовольняє не всіх споживачів.

Недоліками  електролізу з ртутним катодом  є:

• великі витрати електроенергії (більше на 600...800 квт-год на 1т NaOH);
• використання дорогої та дефіцитної ртуті;

• шкідливі умови праці через отруйність парів ртуті;

• використання для електролізу твердого хлориду натрію;
• стічні води забруднені отруйними речовинами — сполука­ ми ртуті.

 

ВИСНОВОК.

Тепер спостерігається  загальна тенденція зростання світового виробництва каустичної соди.

Наведені дані свідчать про те, що останніми роками діафрагмовий метод і метод електролізу  з ртутним катодом не втратили свого промислового значення. Близько 50 % каустичної соди виробляється із застосуванням  діафрагмового методу і 37 % — електролізом з ртутним катодом.

 

РОЗДІЛ 3. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ОХОРОНИ ДОВКІЛЛЯ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ КАУСТИКУ

3.1.Аналіз  потоків відходів при виробництві каустику

З аналізу стадій виробництва каустику виходить, що поряд з цільовим продуктом в нім утворюються тверді і рідкі відходи. До твердих відносяться осідання регенерації аміаку і очищення розсолу, а також перепал та інші відходи випалення вапняку. Рідкі відходи складає так звана дистильована рідина (ДР) - залишковий розчин, точніше суспензія, стадії регенерації аміаку, СаС₁₂, що містить, і NACI в зразковому співвідношенні 2:1.

Ртутний метод  здобуття каустичної соди передбачає утворення 4 видів відходів:

1. ртутно вмісні шлами;
2. стічні води промивки ємкостей і комунікацій;
3. вентиляцій викиди електролізних ванн;
4. карбонатні шлами очищення вихідних розчинів хлориду.

Технологічні втрати ртуті по п.1-3 становлять в середньому 150г/тн.

 

3.1.1.  Газові відходи каустику

      Однією з особливостей атмосфери  є її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксидів сірки та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовно діоксиду сірки має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. При температурі 15-35 °С мікроорганізми переробляють на 1 м2 до 81 т на добу оксидів та діоксидів вуглецю. Однак можливості природи щодо самоочищення мають обмеження, що слід враховувати при розробці нормативів ГДВ. За несприятливих метеорологічних умов, коли викиди із забрудненнями можуть бути шкідливими для здоров'я населення, підприємства повинні знизити викиди шкідливих речовин за рахунок технічних засобів або повної (часткової) зупинки джерел забруднення . Сучасні вимоги до якості та ступеня очищення викидів досить високі. Для їх дотримання необхідно використовувати технологічні процеси та обладнання, які знижують або повністю виключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а також забезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробниче та енергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин; закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ; застосовувати антитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки з твердого палива на газ. Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об'єднати в такі групи:

— очищення викидів  від пилу та аерозолів шкідливих  речовин;

— очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;

— зниження забруднення  атмосфери вихлопними газами від  двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів та стаціонарних установок;

— зниження забруднення  атмосфери при транспортуванні, навантаженні і вивантаженні сипких вантажів.

Для очищення викидів  від шкідливих речовин використовуються механічні, фізичні, хімічні, фізико-хімічні  та комбіновані методи. Механічні  методи базуються на використанні сил  ваги (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії, захоплювання тощо . Фізичні методи базуються на використанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації, кристалізації, поглинання. У хімічних методах використовуються реакції окислення, нейтралізації, відновлення, каналізації , термоокислення  .

Фізико-хімічні  методи базуються на принципах сорбції (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації. Гравітаційні пилоочисні камери працюють за принципом зниження швидкості руху газів до рівня, коли пил та частинки рідини осідають під впливом сил ваги. Гравітаційні пилоосаджувальні камери - це порожнинна або з полицями коробка з листової сталі з бункером для збирання пилу.

              При зниженні висоти камери  процес очищення поліпшується, тому  порожнину камери розділяють полицями, котрі проектуються під кутом або з можливістю регулювання. Гравітаційні пилоосаджувальні камери придатні для осадження частинок пилу діаметром понад 50 мкм. Гідравлічний опір гравітаційних камер лежить в межах 50-150 Па. Швидкість газу - 0,2-1,5 м/с. Камери забезпечують ступінь очищення не більше 50 %, тому їх використовують як попередній ступінь пиловловлювання. Інерційні сепаратори працюють на принципі різкої зміни напрямку потоку газів. У місцях зміни напрямку відбувається осідання твердих частинок забруднюючих речовин. Сепаратори дозволяють осаджувати частинки діаметром 25—30 мкм. Інерційні газоочисники мають продуктивність від 45 до 582 м3/год.. До цього типу можна віднести і жалюзійні пиловловлювачі, котрі мають гідравлічний опір 100-400 Па, допускають температуру газу, що очищається, до 450 °С, швидкість на підході до решітки — 15—25 м/с.

 

3.1.2. Рідкі відходи  каустику

Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод у водойми без  їх очищення. Технічні заходи передбачають очищення стічних вод різними  методами, повторне використання стічних  вод для технічних потреб та поливу, створення обортних та замкнених систем водокористування, вдосконалення технологічних процесів на підприємствах у напрямку зменшення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технології,  змешення забруднення територій нафтопродуктами, котрі зі зливовими стоками можуть потрапляти до водойм .

Очищення стічних  вод на підприємствах може здійснюватися  за однією з таких схем:— очищення стічних вод на заводських очисних  спорудах;— очищення стічних вод  після їхнього забруднення на заводських, а потім на міських очисних спорудах з подальшим спуском у водойми;

 

— безперервне  очищення промислових вод та розчинів на локальних очисних спорудах протягом певного часу, після чого вони передаються  на регенерацію, після регенерації  повертаються в оборот та лише після з'ясування неможливості регенерації усереднюються і передаються на заводські очисні споруди та утилізуються. Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні (рис. 5).

 

 

 

Рис. 5

3.1.3. Тверді відходи каустику 

     Хімічній промисловості і суміжних галузях утвориться велика кількість твердих відходів, що скорочують земельний фонд і отруюють ґрунт. Важливою умовою охорони ґрунту є суворе дотримання наукове обґрунтованих методик внесення добрив і обробки рослин ядохимикатами.

Одним із самих багатотоннажних відходів хімічної промисловості є піритний недогарок, що утвориться у виробництві  сірчаної кислоти. На заводах накопичено близько 40 млн. т піритних недогарків, причому щорічно додається 7 млн. т. Недогарок складається з оксидів заліза, сульфатів і оксидів інших металів, кварцу, алюмосилікатів і неокисленого FeS2. У недогарку утримується близько 58% Fe, до 2% Сu, невеликі кількості срібла, золота й інших цінних компонентів. Піритні недогарки можуть бути використані в цементній і скляній промисловості. Найбільш перспективна комплексна переробка недогарків з високим змістом Сu, Zn, Pb, Ag і S шляхом випалу, що хлорує, що дозволяє витягти і використовувати цінні компоненти цього відходу. Після витягу цінних металів хлорним випалюванням, недогарок являє собою сировину для одержання заліза. Як хлоруючий агента можна застосувати відходи виробництва соди - розчин хлориду кальцію. Недогарок змішують і гранулюють з цим розчином, і отримані гранули обпалюють при 1500 К. При цьому відбувається сублімація кольорових металів і утворення міцних гранул - сировина для доменного виробництва чавуна [9].

Значна  кількість твердих відходів утвориться у виробництві калійних добрив із сильвініту (KCl+NaCl). На 1 т хлориду калію утвориться 1,8-2,6 т так званих галітових відходів - хлориду натрію з домішками КС1 і інших солей. Складування галітових відходів займає великі площі сільськогосподарських угідь і веде до засолення ґрунту, підвищенню вмісту мінеральних солей у підземних водах. Галітові відходи можна переробляти на поварену сіль.

У виробництві  фосфорних добрив при збагаченні фосфорної сировини флотацією утворюється  велика кількість хвостів збагачення - 1,7-2 т на 1 т фосфору. Комплексна переробка цих відходів необхідна з екологічної точки зору і з метою одержання кольорових і рідких металів (Al, Tі, V, Ga), а також цінних неметалічних продуктів - соди, поташу, цементу і т.д.

 

3.2. Впровадження  природо охоронних технологій  у  виробництві каустику .

3.2.1. Огляд та аналіз існуючих технологій  очищення

При електролізі  з ртутним катодом отримують  дуже чисту каустичну соду. Якщо на розкладання амальгами натрію направляти дистилят або очищену на іонообмінних смолах воду, то можна отримати хімічно чисту каустичну соду.

Каустична сода, отримана по методу електролізу з  ртутним катодом, завжди забруднена ртуттю. Вміст ртуті залежить від  умов, при яких проводилося розкладання  амальгами. Фільтруванням через  тонкодисперсні фільтри або очищенням на освітлювальних центрифугах вміст ртуті може бути понижений до 2,5·10^-5 вес. %.

Забруднення каустичної соди потрапляють в неї з водою, що поступає на розкладання, і вносяться  з амальгамою, яка також може захоплювати  з собою в ті, що розкладають з електролізера невеликі кількості електроліту. Поміж того, при здобутті каустичної соди високої міри чистоти необхідно враховувати можливість забруднення її за рахунок часткового переходу в розчин продуктів корозійного руйнування матеріалів, з яких виконаний той, що розкладає, його насадка, трубопроводи і ємкості для зберігання розчинів.

При недостатньо  ретельному промиванню амальгами, що поступає з електролізера в розклад, вона може захоплювати з собою деяку кількість аноліта і амальгамових масел. Домішки аноліта вносять до каустичної соди іони CI^- і , а амальгамові масла можуть її забруднювати домішками важких металів.

Якщо забезпечено  ретельне промивання амальгами і  повне видалення амальгамових масел, для розкладання застосовується вода особливої чистоти, що дистилює, і прийняті заходи, що запобігають забрудненню отримуваного лугу продуктами руйнування конструкційних матеріалів (вживання насадки того, що розкладає з особливо чистого графіту, футерування того, що розкладає матеріалами, інертними в умовах роботи того, що розкладає), можна отримати луг особливої чистоти. При цьому найбільш важким завданням є підбір матеріалів для ємкостей, трубопроводів і тари, що виключають забруднення особливо чистих лугів при тривалому їх зберіганні.

Каустична сода, що отримується випаркою електролітичних лугів з діафрагмового електролізера, містить до 2% Na₂CO₃ і 2,2% NaCI. Така якість каустичної соді не задовольняє вимогам деяких споживачів, зокрема вона мало придатна для використання у віскозній промисловості.