Современная химия




Как в Биттерфельде получают щелочи и кислоты

как в биттерфельде получают щелочи и кислоты

Что такое поваренная соль? Она представляет собой соединение химически активного, требующего осторожного обращения щелочного металла натрия с чрезвычайно ядовитым хлором. Это соединение можно получить, если в течение длительного времени в хорошо закрытом сосуде воздействовать газообразным хлором на кусочки натрия. Как мы знаем, поступающая в продажу поваренная соль неядовита так как при соединении веществ друг с другом их исходные свойства не проявляются. Она состоит, как все простые соли, из иона металла и кислотного остатка, которые находятся в водном растворе в виде свободных подвижных ионов:

NaCl ↔ Na+ + Cl-

Но это еще не все компоненты раствора: вода также может диссоциировать на ноны водорода Н+ и гидроксил-ионы ОН-:

2Н2O ↔ 2H+ + 2OН-

Ионы водорода образуют с недиссоциированными молекулами воды ионы гидроксония Н3О+:

2Н+ + 2Н2O → 2Н3О+

В электролизной ячейке, на катоде они разряжаются присоединяя электроны. При этом выделяется водород:

2Н3O+ + 2e‾ → 2Н2O + Н2↑

Гидроксил-ионы остаются неизменными в растворе. На аноде электролизной ячейки, заполненной водным раствором поваренной соли, хлорид-ионы отдают электроны и разряжаются. При этом выделяется газообразный хлор:

2Сl‾ → 2е‾ + Сl2↑

Следовательно, в растворе останутся ионы натрия и гидроксила, которые при выпаривании раствора соединяются образуя гидроксид натрия NaОН. Это только грубая схема процесса. В действительности его механизм намного сложнее и до настоящего времени еще полностью не выяснен. Если описанный процесс будет протекать в одном и том же сосуде, то между гидроксидом натрия и выделяющимся хлором произойдет реакция. Щелочь будет загрязнена, а многим отраслям производства необходима щелочь высокой чистоты.

Понадобилось разработать способ, при котором хлор не находится вблизи катода, а это значит, что катодное и анодное пространства должны быть разделены. Существуют три метода, в которых это требование учтено: с колоколом, диафрагменный и ртутный. Здесь мы рассмотрим прежде всего последний способ, который наиболее распространен и применяется на химическом комбинате в Биттерфельде и химическом заводе в Люнхрице.

Сущность способа заключается в том, что катодом является жидкая ртуть, которая медленно течет в слегка наклоненной электролизной ячейке. При равновесном напряжении от 2,8 до 4,4 В протекают все описанные выше процессы, только на этот раз при особых условиях разряжаются также ионы натрия. Натрий поглощается при этом на катоде ртутью, и образуется примерно 0,2 %-ная амальгама натрия. (Амальгамы — это сплавы металлов с ртутью.) Она вытекает из ячейки в аппарат для разложения, где при действии воды натрий превращается в 40 %-ный раствор гидроксида натрия:

амальгама натрия + 2Н2О → 2NаОН + ртуть + Н2

Ртуть откачивается назад, в ячейку. Водород накапливают в газометре. Частично он сгорает при контакте с хлором, собирающемся на графитовом аноде. В результате образуется хлористый водород:

H2 + Cl2 → 2НСl

В так называемом абсорбере хлористый водород растворяется в воде и получается высококонцентрированная соляная кислота. Большую часть хлора собирают и сжижают.

Химический комбинат в Биттерфельде сам потребляет хлор в больших количествах: он производит многочисленные неорганические и органические хлорсодержащие соединения. К ним относятся тетрахлорметан (четырех-хлористый углерод), инсектициды, гербициды, отбеливающие средства, хлорная известь, пластики (например, ПВХ) и другие вещества и материалы. Это только незначительная часть из 2800 ходовых продуктов, которые производятся почти на 70 предприятиях комбината.

Большое количество химически чистого водорода применяется для гидрогенизации жиров и масел, для резки и сварки и в качестве газообразного топлива. На известной фабрике драгоценных камней химического комбината Биттерфельда в шамотных печах из очищенного глинозема с некоторыми добавками получают синтетические камни. Нужную температуру — 2000 °С создают с помощью кислородно-водородной горелки.

Используя десятилетний опыт выращивания кристаллов, на комбинате удалось вырастить рубиновые стержни, которые применяют в последнее время в качестве лазер-резонаторов в оптических приборах.

От 400 до 600 кг хлора, от 10 до 16 кг водорода и от 450 до 750 кг едкого натра (в пересчете на 100 %-ную щелочь) может производить в день одна ячейка при потреблении тока около 3 кВт-ч на килограмм 100%-ной NаОН.

Электролиз растворов хлоридов щелочных металлов ртутным способом известен с 1935 г. Он является типичным примером многостороннего использования энергии и сырья в современной химической промышленности.

Сначала хлор был нежелательным побочным продуктом. С ростом производства искусственных волокон и пластмасс спрос на него определил развитие процесса электролиза. Сегодня удовлетворить потребность промышленности в хлоре уже нелегко.

В то время как еще несколько лет назад едкий натр получали каустированием соды

Nа2СО3 + Са(ОH)2 ↔ 2NаОН + СаСO3

во многих странах сейчас уже идут другим путем и получают соду из каустика.

Фабрика по производству едкого натра на химическом комбинате Биттерфельда была отстроена в 1950 г, и расширена в последующие годы. В 1966 г. имеющиеся на комбинате ртутные ячейки при нагрузке 50000—100000 А производили продуктов вдвое больше, чем было указано выше.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новинки полимеров:

ПОЛИБУТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ

News image

Перспективой для дальнейшего развития производства и применения полибутилентерефталат является отсутствие в его структуре хлорсодержащих агентов и с...

ПЛЕНКИ С ПРОТЕИНОВЫМ ПОКРЫТИЕМ

News image

Трехлетний проект совместных исследований и внедрения нацелен на замену используемых ныне синтетических барьерных для кислорода пленок на протеиновы...

АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ: пластмассы заменяют металл

News image

Одним из примеров успешного решения данной проблемы может служить новый специальный полиамидный ( PA ) продукт Ultramid ® Endure , созданный специал...

К НЕПРЕРЫВНОМУ ЦИКЛУ: будущее переработки пластмасс

News image

Пример, представленный в виде диаграммы, изображен на рисунке 1 - Примеры линейных операций. Данные методики быстро развиваются не для того, чтоб...

Новые продукты оргсинтеза:

НОВЫЕ ЗАМЕНИТЕЛИ АРЕ

News image

Кроме того, алкилфенолэтоксилаты применяют в производстве универсальных пигментных концентратов. Это водно-дисперсионные пигментные пасты, предназначенные для колеровки как водно-дисперсионных, так ...

СИЛИКОНЫ ДЛЯ ОСТЕКЛЕНИЯ

News image

В первую очередь рассмотрим главные технические понятия, с помощью которых приводятся характеристики строительных герметиков. Позже рассмотрим характерные свойства отдельных типов силиконов, фокусир...

НОВЫЕ ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ»

News image

В августе 2010-го года в цехе 41-52 впервые в России и во всем СНГ для ОАО «Татнефть» была получена первая опытная партия нового продукта «ДОЭЭДА-70» (диоксиэтилэтилендиамина), применяемого для очис...

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Практическая химия - Как в Биттерфельде получают щелочи и кислоты

Великие химики:

КАРНО (Carnot), Никола Леонар Сади

News image

Французский физик и военный инженер Никола Леонар Сади Карно, один из основателей термодинамики, родился в Париже в семье видного государственного д...

ДАЛЬТОН (Dalton), Джон

News image

Английский физик и химик Джон Дальтон родился в деревне Иглсфилд в Камбеоленде в семье ткача. Образование он получил самостоятельно, если не считать...

Институты химии:

Учреждение Российской академии наук Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН

News image

Институт металлоорганической химии создан в 1988 г. Институт участвует в программах РАН Разработка методов получения химических веществ и созда...

Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

News image

Наш институт является одним из широко известных научных центров в мире, изучающих динамику элементарных химических процессов в различных системах и ...