NaOH ứng dụng nguyên liệu và phương pháp sản xuất

Tình hình sản xuất và xu hướng công nghệ hiện nay Hiện nay, hầu như tất cả những nhà máy xút - clo mới xây dựng trên thế giới đều áp dụng công nghệ màng trao đổi ion, vì đây là công n

NATRI HIDROXIT

Đào Hoàng Nghiêm

Đỗ Ngọc Kim Ngân

Nhóm 13

Giới thiệu chung

Natrihidroxit (NaOH) được gọi là xút,

Natri hydroxit tạo thành dung dịch

kiềm mạnh khi hòa tan trong dung

môi như nước

NaOH tinh khiết là chất rắn màu trắng dạng viên, vẩy, hạt hay dung dịch bão hòa (50%) Nó được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy

rửa

Natri hydroxit rất dễ hấp thụ CO2 trong không khí vì vậy nó thường được bảo quản ở trong bình có nắp

kín

Tình hình sản xuất và xu hướng công nghệ hiện nay

Hiện nay, hầu như tất cả những nhà máy xút - clo mới xây

dựng trên thế giới đều áp dụng công nghệ màng trao đổi ion,

vì đây là công nghệ có mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, giá

thành sản phẩm thấp và không ảnh hưởng đến môi trường

Hơn 95% sản lượng xút - clo của thế giới được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch muối ăn với ba công nghệ chính: điện cực thủy ngân, điện phân màng

ngăn và màng trao đổi ion

Để đánh giá tổng chi phí sản xuất xút-clo, người ta tính toán chi phí sản xuất theo đơn

vị ECU (1 ECU = 1,0 tấn clo + 1,1 tấn xút)

Tinh chất hóa lý chung

NaOH ( hay còn gọi là Xút ) là chất rắn không màu, không mùi, dễ hút ẩm, dễ nóng chảy, tan nhiều trong nước và khi tan tỏa nhiều nhiệt.

NaOH ( hay còn gọi là Xút ) là chất rắn không màu, không mùi, dễ hút ẩm, dễ nóng chảy, tan nhiều trong nước và khi tan tỏa nhiều nhiệt.

Dung dịch NaOH có tính nhờn, làm bục vải, giấy và ăn mòn da

 Dung dịch NaOH làm quỳ tím chuyển thành màu xanh Phenolphtalein không màu chuyển thành màu đỏ Phản ứng với các axít hữu cơ tạo thành muối của nó và thủy phân este

 Phản ứng với kim loại mạnh tạo thành bazơ mới và kim loại mới:

RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH

NaOH + K → KOH + Na

 NaOH là một bazơ mạnh, phân ly hoàn toàn thành ion khi tan trong nước

 NaOH là một bazơ mạnh, phân ly hoàn toàn thành ion khi tan trong nước

 Tác dụng với dung dịch axit tạo muối và nước

NaOH → Na+ + OH-

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O NaOH + HCl → NaCl + H2O

 Tác dụng với oxit axit tạo muối trung hòa hoặc muối axit

Lưu ý khi cho dung dịch NaOH phản ứng với SO2

2NaOH + SO3 → Na2SO4 + H2O NaOH +CO2 → NaHCO3

 Tác dụng với dung dịch muối, tạo muối mới và bazơ mới:

 Tác dụng với một số phi kim

2 NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2

2 NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO +H2O

Ứng dụng

Chế biến dầu mỏ

Trong CN Nước

Nguyên liệu

Nguyên liệu để sản xuất kiềm (NaOH) và clo là dung dịch muối ăn (NaCl) được nhận bằng cách hòa tan muối rắn hoạc dùng nước muối tự nhiên

Dung dịch muối ăn dù được điều chế bằng phương pháp nào cũng đều chứa tạp chất muối canxi và magie khó hòa tan và chúng sẽ phá vỡ chế

độ làm việc của bể điện phân

Để làm sạch khỏi các cation Ca2+ và Mg2+ có thể kết tủa tạp chất bằng những tác nhân kết tủa

Những tác nhân đó là : huyền phù sô đa trong nước muối sạch và sữa vôi.

Mg2+ + Ca(OH)2 → Ca 2+ + Mg(OH) 2↓

Ca+ + Na2CO3 → 2Na + + CaCO 3↓

Kết tủa Mg(OH)2 và kết tủa CaCO3 được tách trong các thiết bị để lắng Sau khi đã làm sạch hóa học dùng phương pháp lắng và lọc để làm sạch khỏi các tạp chất cơ học

Phương pháp sản xuất

Phương pháp sữa

Na2CO3 +Ca(OH)2 → NaOH + CaCO3 có 2 giai đoạn

Ưu điêm : dễ tiến hành

Nhược điểm: phương pháp này tốn nhiều Ca(OH)2 , sản phẩm thừa CaCO3 và cứ điều chế một tấn xút bỏ đi 1000-1300 Kg CaCO3 , thu được xút loãng 120 (g/l)

Giai đoạn 1:

Na2CO3 + Fe2O3 → Na2O.Fe2O3 + CO2

Giai đoạn 2:

Na2O.Fe2O3 +H2O → NaOH + Fe2O3

- Ưu điểm: không có sản phẩm thừa, xút đặc 370 (g/l) sau

đó cô đặc tạo xut rắn, Fe2O3 thu hồi đem sử dụng lại

Phương pháp điện

phân catot rắn màng

ngăn

Phương pháp điện phân catot rắn màng chon lọc ion

Phương pháp điện phân catot thủy ngân

Ưu điểm : Phương pháp này cho phép nhận được kiềm (NaOH), clo và hydro trong cùng một thiết bị

Sơ đồ công nghệ điện phân catot màng ngăn

Sơ đồ khối điện phân catot màng ngăn

Ưu điểm:

- Cấu tạo gọn, chiếm ít diện tích mặt bằng

- Trong quá trình làm việc khoảng không gian giữa

các điện cực luôn chứa đầy chất lỏng nên tránh được

tình trạng cạn nước muối, do đó không xảy ra sự cố rò

rỉ khí clo gây ô nhiễm môi trường tại nơi sản xuất

- Độ bền của thùng điện phân với màng bán thấm cao

do đó đỡ tốn thời gian sửa chữa và giảm được thiệt hại

do phải ngừng máy để sửa chữa

Ưu điểm:

- Cấu tạo gọn, chiếm ít diện tích mặt bằng

- Trong quá trình làm việc khoảng không gian giữa

các điện cực luôn chứa đầy chất lỏng nên tránh được

tình trạng cạn nước muối, do đó không xảy ra sự cố rò

rỉ khí clo gây ô nhiễm môi trường tại nơi sản xuất

- Độ bền của thùng điện phân với màng bán thấm cao

do đó đỡ tốn thời gian sửa chữa và giảm được thiệt hại

do phải ngừng máy để sửa chữa

Nhược điểm:

- Việc chuyển sang công nghệ điện phân với màng trao đổi ion đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu tương đối cao, đặc biệt giá màng trao đổi ion khá cao Công nghệ này còn đòi hỏi phải xử lý nước muối rất tốt để đạt độ tinh khiết cao trước khi đưa vào điện phân

Nhược điểm:

- Việc chuyển sang công nghệ điện phân với màng trao đổi ion đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu tương đối cao, đặc biệt giá màng trao đổi ion khá cao Công nghệ này còn đòi hỏi phải xử lý nước muối rất tốt để đạt độ tinh khiết cao trước khi đưa vào điện phân

sơ đồ công nghê catot rắn màng chon lọc ion

sơ đồ khối catot rắn màng chon lọc ion

Ưu điểm:

- Sản phẩm có nồng

độ cao hơn khi điện

phân theo phương pháp

Cơ sở lý thuyết quá

trình điện phân theo

phương pháp catôt

thủy ngân

- Thủy ngân được sử dụng một mặt làm catot cho bể điện phân, một mặt để tạo hỗn hống với natri.

- Thủy ngân không bị tiêu hao trong quá trong sản xuất, vì tất cả các bể điện phân đều hoạt động theo chu trình khép kín đối với thủy ngân.

Các phản ứng trong bể điện phân

NaHgn – e Na+ + nHg H2O + e → H2 + OH - Na+ + OH- ↔ NaOH

Sơ đồ công nghệ điện phân catôt thủy

ngân

So sánh hai phương pháp điện phân catot rắn và

catot thủy ngân

Ưu điểm:

Phương pháp điện phân với catốt thuỷ ngân có ưu

điểm lớn là điều chế được xút sạch có nồng độ rất

cao, gấp 5-6 lần nồng độ xút khi điều chế bằng

phương pháp điện phân màng ngăn Vì vậy tiết

kiệm được nhiều hơi nước và năng lượng để cô đặc

xút

Nhược điểm:

Tiêu hao nhiều điện năng E cần để sản xuất 1 tấn NaOH 1,3 lần so với pp Catốt rắn Vốn đầu tư rất cao, cao hơn phương pháp màng ngăn tới 40% Phải dùng Hg là kim loại quý, hiếm, đồng thời lại độc hại.Do có nhiều nhược điểm như vậy, nên nếu không cần xút sạch (như trong công nghiệp sản xuất sợi nhân tạo) thì điện phân màng ngăn sử dụng hích hợp hơn, kinh tế hơn

Cô đặc xút

Xút điều chế bằng điện phân theo phương pháp màng ngăn, có ba thành phần chủ yếu:

NaOH: 100-140g/l; NaCl: 160-200g/l; Nước: ~900g/l

Độ tan của muối sẽ giảm nhiều khi tăng nồng độ xút trong dung dịch Do đó cần phải cô đặc để nâng cao nồng độ của xút và loại được muối ăn trong dung dịch

Với dung dịch xút khoảng 40-50%, nhiệt độ hạ từ 100o C xuống 20o C, độ tan của muối trong dung dịch giảm 2/3

Sản xuất xút tinh thể

• Xút tinh thể thuận lợi khi cần bảo

quản và vận chuyển đi xa Dung

dịch xút có nồng độ khoảng 50%

được bơm vào thiết bị truyền

nhiệt Nhiệt được tận dụng nhiệt

thừa bằng hơi thứ của các thiết bị

cô đặc, dung dịch xút được cô đặc

qua ba giai đoạn:

Giai đoạn I: đưa dung dịch xút tới nồng độ 65% Gia nhiệt bằng hơi thứ của thiết bị cô đặc

Giai đoạn II: đưa nồng độ xút lên 70-72% Thực hiện ở áp suất 8 atm, và nhiệt độ 3800C

Giai đoạn cuối: ở áp suất thấp Tại đây, dung dịch hoàn toàn hết nước, hàm lượng chất rắn đạt được 99%

Xút nóng được đưa vào thiết bị kết tinh liên tục kiểu trống quay Trong lòng trông chia thành các khu vực riêng có nhiệt độ khác nhau Xút kết tinh trên ngoài của trống, được dao gạt gạt rơi xuống máy nghiền,

rồi từ đó đưa đi đóng thùng

Tài liệu tham khảo

1 T.s Nguyễn Thị Diệu Vân; Kỹ thuật hoá học đại cương – NXB BKHN, 2007.

2 Tailieu.vn

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

ĐỖ NGỌC KIM NGÂN

(PHẦN 1, 2 , 3, 4)

ĐÀO HOÀNG NGHIÊM

(PHẦN 5, 6 )