В свою очередь, способ химического хлорирования, предлагает две производственные схемы



страница1/3
Дата15.09.2022
Размер1.07 Mb.
#131051
  1   2   3
Введение
курсовая, Введение

Введение

Гипохлорит натрия (натрий хлорноватисто кислый) - NaOCl, неорганическое соединение, натриевая соль хлорноватистой кислоты. Тривиальное (историческое) название водного раствора соли - «лабарракова вода » или «жавелевая вода». Соединение в свободном состоянии очень неустойчиво, обычно используется в виде относительно стабильного пентагидрата NaOCl · 5H2O или водного раствора, имеющего характерный резкий запах хлора и обладающего высокими коррозионными свойствами. Соединение - сильный окислитель, содержит 95,2 % активного хлора. Обладает антисептическим и дезинфицирующим действием. Используется в качестве бытового и промышленного отбеливателя и дезинфектанта. Неустойчивое соединение, легко разлагающейся с выделением кислорода.


В связи с тем, что вещество достаточно неустойчиво в свободном состоянии, оно чаще всего применяется в форме пентагидрата или водного раствора.. Гипохлорит натрия производится в огромных количествах.
Выдающиеся отбеливающие и дезинфекционные свойства гипохлорита натрия привели к интенсивному росту его потребления, что в свою очередь дало стимул для создания крупномасштабных промышленных производств.
В современной промышленности существует два основных метода производства гипохлорита натрия: химический метод; электрохимический метод.
В свою очередь, способ химического хлорирования, предлагает две производственные схемы:

  • основной процесс, где в качестве конечного продукта образуется разбавленный (около 16% NaOCl) раствор гипохлорита с примесью хлорида и гидроксида натрия;

  • низко-солевой или концентрированный процесс— позволяет получить концентрированный (25—40% NaOCl) с меньшим уровнем загрязнения.

Гипохлорит натрия получают, пропуская электрический ток выпрямителя через раствор обычной поваренной соли, методом электролиза раствора хлористого натрия. Основной задачей при получении гипохлорита натрия является создание таких условий, при которых равновесная концентрация гипохлорит-ионов наступала бы как можно позднее. Регулируя анодную плотность тока на выпрямителе, добиваются запуска процесса облегчения разряд ионов хлора, и концентрация гипохлорит-ионов достигается позднее.


Существуют два пути получения конечного продукта: с применением мембранного разделения катодного и анодного (электродного) пространства электролизера, и без такого разделения
По своим химическим свойствам – это сильный окислитель. Гипохлорид легко разлагается до хлорида Na и кислорода, при нагревании подвергается диспропорционированию. В воде диссоциирует на ионы. Вещество подвергает коррозии большинство металлов.
Вещество используют в бытовой химии, его часто можно обнаружить в составе отбеливателей, средств для дезинфекции и очистки. В медицине используют наружно или местно в качестве противовирусного, бактерицидного и противогрибкового средства; в небольших концентрациях — для обработки операционных ран, в гинекологии и акушерстве, оториноларингологии, в стоматологии (эндодонтия).
Применение гипохлорита натрия распространено в медицинской отрасли.
И в данной области гипохлорит натрия известен своими обеззараживающими свойствами. Его применяют для дезинфекции ран, как антисептический раствор, противовирусное, противогрибковое, бактерицидное средство. Допустимо применение как наружно, так и в качестве местного использования.
В медицинской области его часто используют для обеззараживания воды. NaOCl «стоит на страже» поддержания гигиенических стандартов с начала XX века, был фаворитом в борьбе с холерой, дизентерией, брюшным тифом. Используется в составе 0,06% раствора наружно, так и для инъекций.
В хирургии распространена практика обработки хирургического инструмента, а также операционных ран раствором гипохлорита натрия. В стоматологии используется для орошения ротовой полости во время проведения хирургических манипуляций.

В чистом виде гипохлорит натрия — мелкокристаллический порошок без цвета, с запахом хлора. Легко растворяется в воде, но влагу из воздуха не поглощает. Тем не менее, из-за своей неустойчивости, вещество достаточно быстро разлагается, оплывает и становится жидким. На практике обычно применяют водные растворы, более устойчивые, чем кристаллическая форма, хотя и растворы постепенно разлагаются, теряя активный хлор. Особенно активно раствор разлагается при нагревании и под действием света, поэтому хранить растворы гипохлорита натрия следует в прохладных, темных помещениях, в прочной таре с антикоррозионным покрытием.


Традиционно санитарно-эпидемиологическая безопасность воды обеспечивается хлорированием, которое продолжает оставаться самым распространенным в мире способом её обеззараживания в силу своей санитарно-гигиенической надежности, пролонгированно бактерицидного действия, относительной простоты и экономичности.
При обеззараживании воды хлором крайне опасным остаются его транспортирование и хранение многотонных запасов на водоочистных станциях, многие из которых уже оказались в зоне плотной городской жилой застройки. Высокая токсичность сжиженного хлора, усиленная высокой концентрацией реагента, послужили основанием для многочисленных поисков его замены безопасными реагентами.
Исходя из вышесказанного, тема дипломной работы является актуальной.

1 Теоретическая часть



    1. История открытия гипохлорита натрия и его характеристика

В 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле был открыт хлор. Спустя 11 лет в 1785 году, другой химик, француз Клод Луи Бертолле, обнаружил, что водный раствор этого газа обладает отбеливающими свойствами.


Небольшое Парижское предприятие Societé Javel, открытое в 1778 году на берегах Сены и возглавляемое Леонардом Альбаном (англ. LeonardAlban), адаптировало открытие Бертолле к промышленным условиям и начало выпуск белильной жидкости, растворяя газообразный хлор в воде. Однако получаемый продукт был очень нестабильным, поэтому в 1787 году процесс был модифицирован. Хлор стали пропускать через водный раствор поташа (карбоната калия), в результате чего образовывался стабильный продукт, обладающий высокими отбеливающими свойствами. Альбан назвал его «EaudeJavel» («жавелевая вода»). Новый продукт стал моментально популярен во Франции и Англии из-за лёгкости его перевозки и хранения.
В 1820 году французский аптекарь Антуан Лабаррак (фр. AntoineGermainLabarraque) заменил поташ на более дешёвую каустическую соду (гидроксид натрия). Получившийся раствор гипохлорита натрия получил название «EaudeLabarraque» («лабарракова вода»). Он стал широко использоваться для отбеливания и дезинфекции.
Несмотря на то, что дезинфицирующие свойства гипохлорита натрия были обнаружены в первой половине XIX века, использование его для обеззараживания питьевой воды и очистки сточных вод началось только в конце века. Первые системы водоочистки были открыты в 1893 году в Гамбурге; в США первый завод по производству очищенной питьевой воды появился в 1908 году в Джерси-Сити.
Физиологическое действие и воздействие на окружающую среду гипохлорита натрия. NaOCl одно из лучших известных средств, проявляющих благодаря гипохлорит-иону сильную антибактериальную активность. Он убивает микроорганизмы очень быстро и уже в очень низких концентрациях.
Наивысшая бактерицидная способность гипохлорита проявляется в нейтральной среде, когда концентрации HClO и гипохлорит-анионов ClO приблизительно равны (см. подраздел «Гидролиз и разложение в водных растворах»). Разложение гипохлорита сопровождается образованием ряда активных частиц и, в частности, синглетного кислорода, обладающего высоким биоцидным действием. Образующиеся частицы принимают участие в уничтожении микроорганизмов, взаимодействуя со способными к окислению биополимерами в их структуре. Исследованиями установлено, этот процесс аналогичен тому, что происходит естественным образом во всех высших организмах. Некоторые клетки человека (нейтрофилы, гепатоциты и др.) синтезируют хлорноватистую кислоту и сопутствующие высокоактивные радикалы для борьбы с микроорганизмами и чужеродными субстанциями.
В чем же заключаются преимущества и недостатки гипохлорита натрия? Простота и безопасность хранения и транспортировки; Простота дозирования; Эффективен в дезинфекции, как и хлор; Обеспечивает продолжительный эффект дезинфекции.
Недостатки использования гипохлорита натрия:
Гипохлорит натрия - это опасная и коррозивная субстанция; При работе с ним требуется обеспечение мер безопасности для защиты работников и окружающей среды; При комнатной температуре, в течение 40 дней происходит разложение при котором гипохлорит натри теряет 30 % активного хлора.
Гипохлорит натрия оказывает довольно сильное коррозионное воздействие на различные материалы. Это обусловлено его высокими окислительными свойствами, которые были рассмотрены нами ранее. Поэтому при подборе конструкционных материалов для изготовления установок очистки воды это необходимо учитывать.
Не менее важно учитывать и то обстоятельство, что фильтрующие загрузки, которые используются для скорых насыпных фильтров, могут изменять свои фильтрующие свойства при воздействии на них ГПХН, точнее активного хлора, например, при подборе фильтрующей среды для процесса каталитического обезжелезивания – катализаторов обезжелезивания.
Не следует забывать, что активный хлор оказывает негативное влияние на мембранные процессы, в частности он вызывает деструкцию мембран обратного осмоса (об этом мы рассказывали в нашей статье «Обратный осмос. Теория и практика применения.»), а при высоком содержании (более 1 мг/л) отрицательно влияет на процессы ионного обмена.
Что касается материалов, из которых следует изготавливать собственно систему дозирования ГПХН, то здесь надо ориентироваться на концентрации активного хлора в рабочих растворах ГПХН, которые, естественно, существенно выше концентраций в обрабатываемой воде. Об этом мы поговорим немного позже.
Где же применяется гипохлорит натрия? Гипохлорит натрия находит широкое применение в бытовой химии и входит в качестве активного ингредиента в состав многочисленных средств, предназначенных для отбеливания, очистки и дезинфекции различных поверхностей и материалов. В США примерно 80 % всего гипохлорита, используемого домохозяйствами, приходится на бытовое отбеливание. Обычно в быту применяются растворы с концентрацией в диапазоне от 3 до 6 % гипохлорита.
Гипохлорит натрия может быть получен химическим или электрохимическим путем. Химический метод основан на взаимодействии хлора с растворами гидроксида натрия по уравнению. Рассмотренная реакция хлора с водой лежит в основе получения солей хлорноватистой кислоты. Гипохлориты получают пропусканием хлора в охлажденные растворы едких щелочей. Для этого через холодный раствор едкого натра концентрацией до 30% пропускают газообразный хлор.
Помимо дезинфекции воды плавательных бассейнов большое значение имеет поддержание рН (кислотно-щелочного баланса) на определенном уровне - 7,0-7,4 рН. Регулирование рН осуществляется с помощью растворов соляной или серной кислоты.
- обработка сточных вод. Гипохлорит натрия разрушает животные и растительные микроорганизмы в сточных водах, устраняет запахи, обезвреживает от цианистых соединений.
- гипохлорит натрия в пищевой промышленности. Дезинфекция от бактериофагов в сыроваренной промышленности, для дезинфекции резервуаров, трубопроводов. В пивоваренной промышленности применяют раствор, содержащий 30-40 мг/л активного хлора.
- гипохлорит натрия при производстве молочной продукции. В технологических процессах, где молоко выступает в качестве сырья, необходимы дезинфицирующие мероприятия обработки оборудования для предупреждения микробного инфицирования молочных продуктов. Применяется раствор гипохлорита натрия (марки А) с содержанием 170 г/л активного хлора и 40-60 г/л щелочи. Бактерицидный эффект достигается при 20-250С и экспозиции 3-5 минут.
- применение гипохлорит натрия при разведении рыбы и ее добычи. Раствором гипохлорита натрия уничтожают все виды патогенных агентов в водоемах с твердым дном и берегами. При добыче используется для дезинфекции рыболовных сетей, баков и резервуаров для хранения рыбы.
- применение гипохлорита натрия в медучреждениях (больницах). Гипохлорит натрия оказывает дезинфицирующее действие на бактерии, туберкулезные палочки, споры бактерий, болезнетворные грибки и вирусы.
1.2 Физические и химические свойства гипохлорита натрия

Гипохлорит натрия - Это неорганическое соединение, в составе которого находится до 95% активного хлора. Вещество имеет несколько нетривиальных, исторических названий: «лабарракова вода», «жавелевая вода». Химическая формула гипохлорита натрия: NaOCl.


Гипохлорит натрия имеет вид кристаллического бесцветного порошка, сильно выраженный резкий запах. В состав гипохлорита натрия входит: Натрий— 30,9 %, хлор— 47,6 %, кислород— 21,5 %. Молекулярная масса составляет: 74, 443 г/моль. Основная форма использования: в растворах. Плотность пентагид рата(«медный купорос»): 1,574 г/см³ . Плотность растворов: от 1005,3 до 1328,5 г/л . Температура замерзания растворов: от −1,0 до −29,7 °C .

Гипохлорит натрия – неустойчивое соединение, легко разлагающееся с выделением кислорода. Самопроизвольное разложение медленно происходит даже при комнатной температуре: например, за 40 суток наиболее устойчивая форма – пентагидрат ГПХН (NaOCl·5H2O) теряет около 30 % активного хлора:


2 NaOCl → 2 NaCl + O2 (1.1)
При нагревании ГПХН параллельно с его разложением происходит реакция диспропорционирования:
3 NaOCl → NaClО3 + 2NaCl (1.2)
Гипохлорит натрия образует в воде хлорноватистую кислоту и гипохлорит ион в соотношениях, определяемых рН раствора, а именно соотношение между ионом гипохлорита и хлорноватистой кислотой определяется протеканием реакций гидролиза гипохлорита натрия и диссоциации хлорноватистой кислоты Растворяясь в воде, ГПХН диссоциирует на катионы натрия и анионы хлорноватистой кислоты:
NaOCl → Na+ + Ocl(1.3)
Так как хлорноватистая кислота (HOCl) является очень слабой, гипохлорит-ион в водной среде подвергается гидролизу:
OCl + Н2О ↔ НОСl + ОН(1.4)

1.3 Способы получения гипохлорита натрия


Соль смешивается с водой внутри резервуара-хранилища / реактора R1. Насыщенный рассол (концентрированный рассол) восстанавливается для удаления большинства катионов, отличных от Na +, и анионов, отличных от Cl-. Это достигается путем ручного добавления гидроксида натрия, карбоната натрия и соответствующего осаждения и удаления путем гравитационного осаждения гидроксидов кальция и магния.


После предварительной очистки остаточное количество катионов кальция, магния и железа находится в пределах 10-20 мг/кг в качестве их суммы. Предварительно очищенный и концентрированный рассол фильтруют.
Очищенный концентрированный рассол поступает в электролизеры, где из-за влияния непрерывного тока (постоянного тока) NaCl реагирует с водой в соответствии со следующей общей реакцией:
2 NaCl + 2H2O =>Cl2 + 2 NaOH + H2
Каждый блок состоит из определенного количества ячеек.
Каждая ячейка оснащена анодным отсеком (анодом) и катионическим отсеком (катодом), разделенным диафрагмой.
Каждая ячейка параллельна по отношению к гидравлическим соединениям, что означает, что каждая ячейка питается своей частью концентрированного рассола, но находится в ряду до постоянного тока, так что анод каждой ячейки напрямую подключен с катодом соседнего.
Реакции, которые происходят в клетке, следующие:
На аноде:
2Cl (-) =>Cl2 + 2e (-)
Хлор непосредственно высвобождается в газообразной форме.
Na (+) мигрирует в катодное отделение по всей мембране. Более того, для каждого атома Na (+) имеется также миграция 4 молей воды.

На катоде:


Na (+) + 2H (+) + 2OH (-) + 2e (-) => 2 NaOH + H2
Водород непосредственно высвобождается в атмосферу.
NaOH увеличивает концентрацию каустической соды до 10/11 мас.% внутри католита.
Каустический раствор, оставляя анодный отсек каждой ячейки и содержащий некоторый хлор в форме гипохлорита натрия, собирают и затем направляют в резервуар V 10 A / B.
Хлор, собранный из каждого анодного отделения каждой ячейки, стехиометрически реагирует со всем количеством гидроксида натрия, содержащегося в концентрированной каустической соде, посредством следующей реакции:
Cl2 + 2 NaOH =>NaClO + NaCl + H2O
для получения раствора гипохлорита натрия, имеющего концентрацию 120 г / л хлора.
Реакция происходит в абсорбционной башне.
Полученный таким образом гипохлоритный раствор стабилизируют добавлением небольшого избытка гидроксида натрия, чтобы поддерживать свободную концентрацию гидроксида натрия в растворе гипохлорита при 5-10 г/ л.
Гипохлорит натрия получают, пропуская электрический ток выпрямителя через раствор обычной поваренной соли, методом электролиза раствора хлористого натрия. Основной задачей при получении гипохлорита натрия является создание таких условий, при которых равновесная концентрация гипохлорит-ионов наступала бы как можно позднее.
В мембранной электролизной установке анодное и катодное пространство отделяются друг от друга катион-проницаемой мембраной. При этом, в анодную камеру подается раствор поваренной соли, а в катодную камеру — вода. На катоде вода, под воздействием электрического тока, разлагается на ионы гидроксила и водород. На аноде — хлориды окисляются до молекулярного хлора. Под воздействием электрического тока катионы натрия диффундируют через мембрану, переходят в катодное пространство (католит) и взаимодействуют с анионами, образуя при этом едкий натрий.
Величина выхода по току является основным показателем любого процесса электролиза. Чем выше его значение, тем эффективнее протекает процесс электролиза, тем ниже энергетические затраты на получение единицы готового продукта. При высоких значениях величины выхода по току можно уменьшить требуемую площадь рабочей поверхности электродов, для достижения заданной производительности, применить более компактные установки и снизить расходы на их изготовление. И, хотя целевым продуктом процесса электролиза в нашем случае является гипохлорит натрия, основным показателем процесса надо считать выход по току хлора. Данный процесс не может протекать без использования промышленного выпрямителя тока. Источник постоянного электрического тока должен быть снабжен регулировочным устройством (панелью управления), позволяющим изменять величину тока и напряжение в электрической цепи.




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница