Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Фигуративные точки квадратной диаграммы отражают только состав безводных солей (сухого остатка насыщенных растворов), причем концентрации ионов выражены в процентах, т. е. сумма обоих катионов Na+ + NHJ1 равная сумме анионов Cl" + -f НСОз и выраженная в грамм-эквивалентах, составляет единицу (или 100%). Зная ионный состав системы, можно определить и солевой состав, который выражается в мольных процентах, так как количество молей всех солей системы равно количеству катионов или анионов (100%). Для определения содержания воды в насыщенных растворах на диаграмме (рис. 40) нанесены линии изогидр, т. е. линии, соответствующие постоянному содержанию воды. Цифры на изогидрах показывают число молей воды на 1 моль суммы солей сухого остатка.
Для практического проведения процесса карбонизации важен выбор условий, при которых достигается максимальный выход осажденного NaHCO3 с наименьшими потерями исходных реагентов NaCl и NH4HCO3. Коэффициенты, характеризующие использование исходных веществ: натрия U^t и аммония l/nhT, определяются по Формулам:
fCI-J-IN<J.1O0 (IV.2)
Naci
Рис. 40. Диаграмма растворимости системы NaCl-NH4Cl-NH4HCO3-NaHCO3—
изотерма 15°
С; б — изотермы 0,15 30° С
^W1 =
[Cl ] [NH+] -{НСО, [NH1]
100.
(1V.3)
где Una — степень превращения NaCl в осадок NaHCO3, %; c7NHi_
степень превращения NH4HCO3 в осадок NaHCO,, %; [Cl"], [Na+], [nh4], [HCO3] —концентрация ионов в растворе после карбонизации (над осадком NaHCO3). Условия, отвечающие максимальным ?/ма и с/мни можно определить, пользуясь диаграммами растворимости.
Фигуративные точки исходного раствора, содержащего NaCl и NH4HCO3 в любых соотношениях, расположены на диагонали, соединяющей вершины квадрата, отвечающие этим солям. При 15 и 30° С (рис. 40, б) эти точки находятся главным образом в поле кристаллизации бикарбоната натрия. Состав раствора при осаждении NaHCO3 изменяется вдоль луча кристаллизации NaHCO3 до пересечения с кривыми / — P2, P2—P1 или P1 —IV (в зависимости от • исходного соотношения NaCl и NH4HCO3). Величины f/na1" и Uпні зависят в основном от выбора состава конечного раствора на этих кривых и от температурных условий. В табл. 6 приведены рассчитанные при помощи диаграммы (рис. 40, а) составы карбони-зованных растворов и соответствующие значения c7Nar и 1/ын1.
Таблица 6
^na^ и ^nht для Равнове^ных составов карбонизованных растворов при 15° С
Точки иа рис. 40
Концентрация соли в исходном растворе на 1000 г воды, г
Концентрация нона в конечном растворе на 1000 г воды, г-экв
/о
^7NHf' о/
/0
NaCl
NH1HCO1
HCOJ
Cl
Na+
NH7
Pi
479
295
.0,18
8,17
4,62
3,73
43,4
95.1
ь
417
431
0,51
7,13
2,19
5,4,5
62,2
90,5
P1
397
496
0,92
6,79
1,44
6,27
78,8
85.1
с
351
446
0,99
6,00
1,34
5,65
77,7
82,5
d
316
412
1,07
5,41
1,27
5,21
76,4
79.5
е
234
327
1,30
4,00
1,16
4,14
71,0
68,6
Пример. Для расчета состава исходного раствора и коэффициента испоть-зования для карбонизованного раствора состава P1 (на одну мольную долю этого раствора) составляется уравнение изотермической кристаллизации
xNaCl + ^NH4HCO3+ гНаО= «NaHCO3+1 мол. доля раствора P1. (IVA)
По диаграмме (рис. 40, а) определяют состав раствора P1 в молях на 1 моль сухого остатка: Na+0,186; NHf 0,814; СГ 0,88; HCO1 0,12 и H2O 7,2 Затем составляют частные уравнения: по Na+ — х = и + 0,186; по Cl — х = 0,88; по NHt — — у = 0,814; по HCO3 — у = и 4- 0,12 и по H2O — Z= 7,2. Из этих уравнений находим и = х — 0, 186 = 0, 88 — 0,186 = 0,694.
Следовательно, для получения 1 мол. доли раствора P1 и 0,694 моль осадка NaHCO3 следует смешать 0,88 моль NaCl, 0,814 моль NH4HCO3 и 7,2 моль H2O. Этот раствор при 15° С является пересыщенным *, так как насыщенный раствор,
* Фактически рассол, поступающий па карбонизацию, не является пересыщенным, так как в производственных условиях невозможно достичь даже насыщения исходного рассола поваренной солью. Кроме того, понижение температуры суспензии (до 20—25° С) производится только в нижней части карбонизационной колонны в конце кристаллизации NaHCO3.
отвечающий исходной точке а (см. рис. 40), содержит около 25 моль воды. Из такого раствора будет кристаллизоваться NaHCO3 до тех пор, пока состав раствора не будет отвечать точке P1. Соотношение исходных реагентов составляет
NaCl 0,88
NH4HCO3 " 0,814 ' •
Коэффициенты использования для конечного раствора состава P1
100(Cl--Na-) _ NaHCO3 осажд. 100 _
"Na-="
сг
100(0,88 — 0,186)
0,694
NaCl
100 = 78,8%,
U =
NHT
0,88 0,8
100(NHJ- —HCO3-) NaHCO,, осажд. 100
NH1-
(0,814 — 0,12)- 100
NH4HCO, °'694-100- = 85,Ю/0.
0,814 0,814
Из рис. 46 и табл. 6 следует, что ?/Na+ увеличивается при приближении к точке P1, где достигает максимального значения, a fNH+ — по направлению к точке P2, где также достигает максимума. Теоретически наилучшие результаты достигаются вблизи точки P1, где наряду с наибольшим Un^ относительно велик и l/NH+. Следовательно, при 15° С в конце кристаллизации наивысший теоретический выход NaHCO3 (по NaCl) составляет всего 78,8% Равновесие в рассматриваемой системе изменяется с температурой. В таблице приведены значения U^ + и t/NH7, рассчитанные для точек P1 и P2 (см. рис. 40) при различных температурах.
