Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 59 представлена диаграмма состояния системы ' H2O — HCl, по которой находится зависимость температуры кипения соляной кислоты от концентрации при давлении 700 мм рт. ст. Максимум температуры кипения в этих условиях соответствует 20%-ному содержанию HCl (0,13 мол. доли) в растворе и равен примерно 106° С. Если при кипении раствора температура понизится, например, до 101,5° С, то концентрация кислоты может уменьшиться (точка а) или увеличиться (точка б). Уменьшение или увеличение концентрации кислоты зависит от состава газовой фазы. Если количество хлористого водорода в газовой фазе больше соответствующего азеотропной смеси, то кислота будет концентрироваться, если меньше, то разбавляться. Из печей на абсорбцию подается концентрированный газ, поэтому в условиях адиабатической абсорбции получается концентрированная кислота.
Непрерывный противоточный процесс реализуется в абсорбционной колонне, в которой достаточно для получения 27,5%-ной кислоты всего четырех, а для 31%>-ной — пяти теоретических тарелок. В промышленной практике наибольшее распространение получили насадочные абсорберы, выполненные из материалов, которые не разрушаются соляной кислотой: керамики, кварца, пластических масс (фаолит, винипласт).
0 DJ 0,2 OJ 0,4 0,5 0,6 OJ 0,8 Концентрация HCl1 мол Ooля
Рис. 59. Диаграмма состояния
4. электролиз расплавов, производство алюминия
При электролизе водных растворов могут получаться только вещества, потенциал выделения которых на катоде более положителен, чем потенциал выделения водорода. В частности, такие электро-отрицательные металлы, как литий, калий, кальций, натрий, магний, алюминий и др., не могут быть выделены из водных растворов на твердых катодах и в промышленности их получают исключительно электролизом расплавов солей, окислов, гидроокисей или их смесей. При электролизе металлы выделяются преимущественно в расплавленном виде. Расплавленные электролиты в основном подчиняются тем же электрохимическим закономерностям, что и водные растворы, хотя электролизу расплавов присущи и некоторые специфические особенности.
Электролиз расплавов проводится при высоких температурах, которые получаются за счет выделения тепла при прохождении постоянного тока через электролит. Следовательно, энергия электрического тока используется для разложения вещества, расплавления электролита и компенсации тепловых потерь. Нижний предел температуры электролиза ограничивается застыванием электролита или металла. Чтобы электролиз протекал при сравнительно низких температурах, в качестве электролита -применяют сложные смеси, образующие легкоплавкие эвтектики. Практически применяемые температуры лежат в широком интервале от 310 до 1400° С.
Алюминий — легкий металл, плотность которого при 20° С составляет 2,7 г/см3, т. пл. 659° С, т. кип. около 2500° С. Он обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью. В окислительной среде, в частности на воздухе, на алюминии образуется плотная окисная пленка, придающая ему коррозионную стойкость. Алюминий стоек против азотной и органических кислот. Алюминий для увеличения механической прочности и литейных качеств сплавляют с другими металлами. Наибольшее распространение нашли сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем, называемые дюралюминами, а также сплавы с кремнием — силумины. Сочетание легкости с прочностью, высокой электро- и теплопроводностью сделало алюминий и его сплавы важнейшими конструкционными материалами в самолетостроении, автостроении, транспортном машиностроении, в электротехнике, для изготовления двигателей внутреннего сгорания и т. п. В химической Промышленности алюминий и его сплавы используются для изготовления труб, резервуаров, аппаратуры. Наша страна имеет мощную алюминиевую промышленность, которая развивается быстрыми темпами.
Сырьем для производства алюминия служит глинозем (Al2O3), который получают из различного минерального сырья: бокситов, нефелина, алунита и др. Основным сырьем служат бокситы, содержащие Al(OH)3 или AlOOH, в смеси с окислами железа, кремнеземом и другими примесями. При переработке сырья на глинозем для дальнейшего получения из него алюминия требуется обеспечить
S 10 15 20
Содержание Al 2 O3, Sec. 7>
Рис. 60. Диаграмма состояния
системы Al2O3-
-Na2AlF6
производство глинозема высокой степени чистоты, так как примеси могут привести к резким нарушениям процесса электролиза. Производство глинозема весьма сложно. В нем сочетаются химические превращения с рядом физических процессов: тонким измельчением сырья, нагреванием и охлаждением, отстаиванием осадков, фильтрацией и др. В общем сущность производства глинозема из бокситов заключается в отделении гидроокиси алюминия от других минералов.
Гидроокись алюминия при взаимодействии с содой (спекание) или едким натром (выщелачивание) переводится в алюминат натрия NaAlO2, который растворяется в воде и, таким образом, отделяется от не растворимых в этих условиях окислов железа. Но кремнезем SiO2 частично также растворяется в виде Na3SiO3. Его осаждают из раствора в виде CaO •Al2O3 •2SiO2 или Na2O •Al2O3 •2SiO2 (обескремнивание) и отфильтровывают. Из чистого алюминатного раствора осаждают Al(OH)3, для чего применяют различные процессы, например карбонизацию — барботаж
