Характеристика исходного сырья

Характеристика исходного сырья. Исходным компонентом при производстве едкого натрия является хлорид натрия.

При производстве применяют также карбонат натрия и соляная кислота. Натрия хлорид (поваренная соль, каменная соль) NaCl, бесцветные мало гигроскопичные кристаллы с кубической гранецентрирированной решеткой (а = 0,56402 нм, пространственная группа Fm3m, z = 4); ТПЛ = 801°С, Ткип. = 1413°С; плотность - 2,161 г/см3 (20°С); Ср° - 50,50 Дж/(мольК); АН°ПЛ -28,20 кДж/моль, Н°обр - 411,26 кДж/моль; S0298 = 72,15 Дж/(мольК). В равновесном паре содержится 83 молекулярных % NaCl и 17% Na2Cl2. Растворимость в воде (г в 100 г): 35,68 (10°С), 35,87 (20°С), 36,80 (50°С), 38,12 (80°С). Растворимость в жидком NH3, спиртах, этиленгликоле, муравьиной кислоте, не растворим в соляной кислоте.

В интервале от -21,2 до 0,15°С кристаллизуется дигидрат NaCl-2H2O; плотность 1,6 г/см3; давление водяного пара над ним изменяется от 91,77 (-21,2°С) до 462,84 Па (0,15°С). Насыщеннный водный раствор (28,41% по массе NaCl) кипит при 108,7°С. В природе хлорид натрия встречается в виде минерала галита (каменная соль), в воде океанов и морей, рапе соляных озер и подземных рассолах.

Хлорид натрия производят из природного сырья.

Добыча каменной соли осуществляется закрытым способом (реже - открытым) с применением подземного выщелачивания. Добыча самосадочной соли из соляных озер производится механическим способом, озерную соль промывают рапой, центрифугируют и сушат. Садочную (бассейновую) соль получают естественным испарением морских и озерных рассолов в системе специально устроенных бассейнов, в местностях с холодным климатом используют вымораживание.

Выварочную соль (наиболее чистая) производят упариванием естественных или искусственно полученных и очищенных рассолов в вакуум-выпарных аппаратах. Для технических целей применяют каменную и самосадочную соль, для пищевых - выварочную, самосадочную и садочную. Производят специальные сорта хлористого натрия: йодированную, брикетированную и исслеживающуюся, чистую с содержанием хлористого натрия выше 99,9% по массе.

Хлорид натрия - пищевой продукт, консервирующее средство, сырье для получения Na2CO3, Cl2, NaOH, хлорной извести и др.; его применяют более чем в 1500 производств различных веществ и материалов. Мировое производство около 175 млн. т/год (1980). ПДК в воздухе 1,0 мг/м3. Натрия карбонат (кальцинированная сода) Na2CO3, бесцветные кристаллы; до 350 °С существует -модификация (см. табл. 5), в интервале 350-479 °С -  с моноклинной кристаллической решеткой, а выше 479°С -гексагональная модификация  (а = 0,5215 нм, с = 0,6584 нм, z = 2, пространственная группа Р63тс); Н0 переходов    и    соответственно 0,80 и 2,1 кДж/моль; Тпл. = 858°С; Н°ПЛ = 28 кДж/моль. Гигроскопичен.

Растворимость в воде = 17,69% по массе (20 °С); Н0 растворения для бесконечно разбавленного раствора - 26,65 кДж/моль; растворы имеют сильнощелочную реакцию. Ниже 32°С из водных растворов кристаллизуется декагидрат, в интервале 32-35°С - гексагидрат, выше 35°С - моногидрат, а выше 112,5 °С - безводная соль. В природе карбонат натрия встречается в виде грунтовых рассолов, рапы в озерах и минералов-натрона Na2CO3•10H2O, термонатрита Na2CO3•H2O, троны Na2CO3•NaHCO3•2H2O. В России мощность месторождений природного карбонат натрия около 4 млн. т. Крупные запасы карбонат натрия сосредоточены в США, Канаде, Кении, Мексике, ЮАР и др. Основное количество карбоната натрия получают аммиачно-хлоридным способом (способ Сольвэ): естественный или искусственно приготовленный рассол NaCl очищают от примесей Са и Mg действием Na2CO3, и Са(ОН)2, насыщают NH3, а затем подвергают карбонизации в барботажных колоннах.

Прокаливанием NaHCO3 получают Na2CO3. Карбонат натрия добывают также из природных залежей, соляных рассолов.

Применяют: как компонент шихты в производстве стекла; для получения мыла и др. моющих средств, гидроксида Na и др. соединений Na; при варке целлюлозы; для обработки бокситов в производстве А1; для нейтрализации кислых компонентов при очистке нефтепродуктов; для получения пигментов, например Fe2O3 из FeCl3. ПДК в воздухе 2 мг/м3. Соляная кислота (хлористоводородная кислота, хлороводородная кислота), раствор НС1 в воде - бесцветная жидкость с резким запахом; сильная одноосновная кислота. Хлористый водород НС1 (молекулярная масса 36,461 ) - бесцветный газ с резким запахом, во влажном воздухе сильно дымит; длина связи Н-С1 0,1274 нм, энергия диссоциации - 427,77 кДж/моль; Ткип - 85,1°С (бесцветная легко подвижная жидкость), Тпл -114,22°С; кристаллизуется в кубической решетке, ниже -174,15°С существует ромбическая модификация; тройная точка -114,22 °С; плотность по воздуху 1,2679; tкрит = 51,4°С, ркрит = 8,258 МПа, dкрит = 0,42 г/см3; НПЛ = 1,9924 кДж/моль (-114,22°С), давление пара (Па): 133,32-10"° (-200,7°С), 2,775-103 (-130,15°С), 10,0x104 (-85,1°С), 74,0x104 (-40°С), 24,95105 (О°С), 76,9105 (50°С). 2.2. Характеристика готового продукта Натрия гидроксид (каустическая сода) NaOH, бесцветные кристаллы; до 299°С устойчива ромбическая модификация (а = 0,33994 нм, с = 1,1377 нм), выше 299°С - моноклинная; Н0 полиморфного перехода 5,85 кДж/моль; Тпл. = 323°С, Ткип. = 1403°С; плотность 2,02 г/см3; С°р = 59,54 Дж/(моль•К); Н°обр = -425,88 кДж/моль, Н°ВОЗГ - 239,335 кДж/моль (0 К); Н°ПЛ 7,8 кДж/моль; S°298 = 64,43 Дж/(мольК). Показатели преломления: меньший Np= 1,457, средний Nm = 1,470, больший Ng = 1,472. Растворимость (% по массе): в воде - 52,2 (20°С), метаноле-23,6 (28°С), этаноле-14,7 (28°С); Н0 растворения для бесконечно разбавленного водного раствора - 44,45 кДж/моль; водные растворы имеют сильнощелочную реакцию.

Гидроксид натрия поглощает из воздуха СО2, образуя Na2CO3. В жидком NH3 практически не растворяется. j Из водных растворов при 12,3-61,8°С кристаллизуется моногидрат (сингония ромбическая; Тпл = 65,1°С; плотность 1,829 г/см3; Н°о6р - 734,96 кДж/моль), а в интервале от -28 до - 24°С - гептагидрат, от -24 до -17,7°С - пентагидрат, от -17,7 до -5,4°С - тетрагидрат (-модификация), а при -5,4 - 12,3°С - NaOH3,5H2O (Тпл = 15,5°С); известен также метастабильный -NaOH4H2O. Выше 61,8°С кристаллизуется безводная соль. Гидроксид натрия - сильное основание, относится к щелочам.

Со спиртами образует алкоголяты.

Расплавленный гидроксид натрия растворяет Na и NaH. Разрушает материалы органического происхождения (бумагу, кожу и др.). Получают гидроксид натрия: электролизом растворов NaCl (с одновременным получением С12) с использованием твердых электродов и проточного электролита (60-90°С) либо ртутного катода (до 70°С); взаимодействием горячего раствора Na2CO3 с Са(ОН)2; реакцией Ва(ОН)2 с раствором Na2SO4. Применяют: для очистки нефти, масел; в производстве бумаги, мыла, искусственных волокон и др.; как осушающий агент для газов и многих органических жидкостей; водные растворы - электролиты в воздушно-цинковых элементах.

Вызывает тяжелые ожоги кожи и слизистых оболочек; ПДК в воздухе 0,5 мг/м3. 2.3. Модели рассматриваемой ХТС 2.3.1. Химическая модель В процессе получения NaOH протекают электрохимические реакции: NaCI  Na + 0,5Cl Na + nHg  NaHgn NaHgn + H2O  NaOH + 0,5H2 + nHg NaCl + H2O  NaOH + 0,5H2 + 0,5Cl2 в разлагателе у анода