CC BY
25
№ 10 (76)
Aunî
ЛЛЛ, хим
universum:
химия и биология
октябрь, 2020 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОГО БИКАРБОНАТА НАТРИЯ ИЗ МАТОЧНОГО РАСТВОРА ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СЕСКВИКАРБОНАТА НАТРИЯ
Эркаева Назокат Актамовна
ст. преп. Ташкентского химико-технологического института,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Бегдуллаев Ахмет Кобейсинович
ООО «Кунградский содовый завод», Республика Узбекистан, г. Кунград, поселок Елабад
Каипбергенов Атабек Тулепбергенович
заведующий кафедрой НГПИ, Республика Узбекистан, г. Нукус E-mail: [email protected]
Эркаев Актам Улашевич
д-р техн. наук, профессор Ташкентского химико-технологического института,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Тоиров Закир Каландарович
канд. техн. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
RESEARCH OF THE PROCESS OF OBTAINING PURIFIED SODIUM BICARBONATE FROM UTERINE SOLUTION FORMED BY OBTAINING SODIUM SESQUICARBONATE
Nazokat Ak. Erkaeva
Senior Lecturer, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Akhmet K. Begdullaev
LLC "Kungrad Soda Plant", Republic of Uzbekistan, Kungrad
Atabek T. Kaipbergenov
Head of the Department, NGPI, Republic of Uzbekistan, Nukus
Aktam Ul. Erkaev
Doctor of Engineering Sciences, Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Zakir K. Toirov
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Исследовано влияние технологических параметров на процесс получения очищенного бикарбоната натрия и фильтратов, образующихся при фильтрации суспензии сесквикарбоната натрия.
Установлено что для получения чистого бикарбоната натрия процесс проводится при температуре 100°С, концентрация содового раствора - 19-20%, добавка сырого бикарбоната натрия - 10%.
Библиографическое описание: Исследование процесса получения очищенного бикарбоната натрия из маточного раствора образующихся при получении сесквикарбоната натрия // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Эркаева Н.А. [и др.]. 2020. № 10(76). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10751
№ 10 (76)
Aunî
ЛЛЛ, хим
universum:
химия и биология
октябрь, 2020 г.
Разработан способ получения сесквикарбоната натрия и бикарбоната натрия, который включает стадии приготовления насыщенного раствора карбоната натрия в маточном растворе, смешивание раствора с гидрокарбонатом натрия и далее после отделения сесквикарбоната натрия маточный раствор карбонизируется с получением бикарбоната натрия.
ABSTRACT
The influence of technological parameters on the process of obtaining purified sodium bicarbonate and filtrates formed during filtration of a suspension of sodium sesquicarbonate has been investigated.
It was found that to obtain pure sodium bicarbonate, the process is carried out at a temperature of 100°C, the concentration of the soda solution is 19-20%, the addition of crude sodium bicarbonate is 10%.
A method for obtaining sodium sesquicarbonate and sodium bicarbonate has been developed, which includes the stages of preparing a saturated solution of sodium carbonate in a mother liquor, mixing the solution with sodium bicarbonate and then, after separating sodium sesquicarbonate, the mother liquor is carbonized to obtain sodium bicarbonate.
Ключевые слова: сесквикарбонат натрия, карбонат натрия, кристаллизация, материальный баланс.
Keywords: sodium sesquicarbonate, sodium carbonate, crystallization, material balance.
Ранее нами было исследовано получение сесквикарбоната натрия жидкостными и газожидкостным способом [1, с.312; 2, с.1273; 3, с.1170; 4, с.13-16; 5, с.6-9; 6]. Целью данной работы является исследование влияния технологических параметров на процесс получения бикарбоната натрия из маточного раствора.
НгО
Рисунок 1. Теоретический анализ системы NaiCOs-NaHCOs-HiO при 25 °С.
Для теоретического анализа процесса карбонизации маточных содовых растворов использовали участок диаграммы №2С0з-МаНС0з-Н20 системы №20-С02-Н20 при температурах 25 и 100°С (рисунок 1 и таблица 1).
н2о
Рисунок 2. Теоретический анализ системы NaiCOs-NaHCOs-HiO при 100°С.
На основе анализа литературных данных и полученных нами экспериментальных результатов построена изотермическая диаграмма растворимости вышеуказанных компонентов. Из приведенных данных видно, что в изученной системе имеется область кристаллизации бикарбоната натрия, а в качестве новой фазы образуется десяти- или одноводный карбонат натрия и двуводная двойная соль - сесквикарбо-нат натрия.
Из диаграммы растворимости системы №2С03-МаНС0з-Н20 при температурах 25 и 100°С следует, что, с повышением температуры расширяется поле кристаллизации бикарбоната натрия и двойной соли -сесквикарбоната натрия. Это указывает на меньшую растворимость вышеуказанных компонентов, чем карбоната натрия.
Характеристики двойных и тройных точек системы представлены в таблице 1.
№ 10 (76)
universum:
химия и биология
октябрь, 2020 г.
Таблица 1.
Двойные и тройные узловые точки системы Na2COз-NaHCOз-H2O при температур 100°С
Состав жидкой фазы, % Твердая фаза
Na2CO3 NaHCO3 H2O
22,63 0 77,37 Na2CO3-H2O
22,25 1,14 76,61 Na2CO3-H2O+ Na2CO3-NaHCO3-2H2O
17,82 4,24 77,94 Na2CO3-NaHCO3-2H2O +NaHCO3
0 9,2 90,8 NaHCO3
Рассмотрим процесс получения сесквикарбона-таи /или очишенного бикарбоната натрия: при 5%-ной добавке сырого бикарбоната натрия к содовому раствору. При нагревании до 100°С образуются ненасыщенные растворы. Для образования суспензии, находящейся в области кристаллизации бикарбоната натрия, необходимо продолжить процесс со степенью карбонизации более 24,53; 19,67 и 17,05%, соответственно, при применении 18, 20 и 24%-ного раствора кальцинированной соды. Это связано с высаливающим действием карбоната натрия и растворимостью бикарбоната натрия. Однако дальнейшее повышение концентрации содового раствора влияет иначе. Для насыщения системы только бикарбонатом натрия необходимо карбонизировать низкоконцентрированный содовый раствор. Например, при применении 26%-ного содового раствора необходимо поднять степень карбонизации до 24,83%, а при 30%-ном содовом растворе - до 34,62%. Это связано с тем, что при карбонизации сначала образуется трона, а далее смесь троны и бикарбоната натрия и, наконец, только бикарбонат натрия.
Необходимо отметить, что в этих условиях в системе имеется твердый бикарбонат натрия со значением Т:Ж 0,045 и 0,142 при применении содового раствора с концентрацией 26 и 30%, соответственно, дальнейшее повышение степени карбонизации приводит к повышению Т:Ж. Однако использование содового раствора с концентрацией более 24% нежелательно, поскольку при кристаллизации бикарбоната натрия в его кристаллической решетке сокристалли-зуется карбонат натрия, который не вымывается при его промывке. При увеличении добавки сырого бикарбоната до 10%, вышеуказанное явление наблюдается даже при применении 20%-ного содового раствора, так как, фигуративная точка системы при 100°С находится на кривой линии насыщения троны. При применении содового раствора с концентрацией более 20% фигуративная точка системы находится в области кристаллизации троны.
Из этой системы бикарбонат натрия можно получить шестью методами:
1. Прямая карбонизация исходной суспензии при 100°С до образования бикарбонатной суспензии.
2. Отделение твердой фазы (троны) из исходной суспензии при 100°С и карбонизация маточного раствора до образования бикарбонатной суспензии.
3. Охлаждение исходной суспензии без отделения твердой фазы до 25°С и карбонизация.
4. Охлаждение до 25°С маточного раствора, полученного при фильтрации исходной суспензии при 100°С, и карбонизация.
5. Охлаждение исходной суспензии до 25°С отделение твердой фазы, карбонизация фильтрата.
6. Охлаждение маточного раствора до 25°С, отделение твердой фазы и карбонизация фильтрата.
Применение методов 1, 3, 5 получения бикарбоната натрия нежелательно, поскольку все нерастворимые примеси, имеющиеся в исходном сырье, полностью переходят в бикарбонат натрия.
Выбираем оптимальный вариант из методов 2, 4
и 6.
Из таблицы 2 видно, что при добавке 5%-ного сырого бикарбоната при 80°С образуется ненасыщенный раствор и при фильтрации отделяются только нерастворимые части. С увеличением концентрации содового раствора от 18 до 26% при 40%-ной карбонизации долевой выход бикарбоната натрия из 100 г карбонизированной суспензии увеличивается от 0,04 (4,0%) до 0,123 (12,3%). В этих условиях по четвертому методу выход бикарбоната натрия увеличивается от 0,110 (11,0%) до 0,217 (21,7%). Однако содержание карбоната натрия в полученном продукте (БКН) больше, чем во втором варианте. Это связано с тем, что при 35°С образуется меньше бикарбонат-ных кристаллов и влажность бикарбоната больше чем 17-20%, и также соотношение №2СОз^аИСОз в жидкой фазе увеличивается от 1,851 до 2,583.
Д • 7universum.com
жд universum:
№ 10 (76)_ЛД химия и биология_октябрь. 2020 г.
Таблица 2.
Сравнение методов получения бикарбоната натрия из содовых растворовразличной концентрации при
добавке 5% сырого бикарбоната натрия
Метод Состав и коли-че-ство твердой фазы, до карбо-низации,%-ная-доля,от единицы Степень карбони-зации,% Состав и коли-че- ство твердой фазы, после кар-бонизации,%-наядоля,от единицы Примечание
Концентрация содового раствора-18%
2 - 25,49 40,3 0,040 БКН
4 - 9,8 40,3 0,036 0,110 К К
6 0,035 Трона 2,9 40,3 0,012 0,105 БКН БКН
Концентрация содового раствора-22%
2 - 14,52 40,30 0,079 БКН
4 - 33,33 40,30 0,127 0,145 БК БК
6 0,066 Трона 21,05 40,30 0,017 0,104 БК БК
Концентрация содового раствора-26%
2 - 34,62 40,3 0,103 0,123 БК БК
4 - 50,65 0,217 БКН
6 0,208 Трона 38,03 40,3 0,127 0,129 БК БК
Таблица 3.
Сравнение методов получения бикарбоната натрия из содовых растворов различной концентрации при
добавке 10% сырого бикарбоната натрия
Метод Состав и коли-чество твердой фа-зыдо карбонизации. Степень кар-бонизации,% Состав и коли-чество твердой фа-зыпосле карбонизации Примечание
Концентрация содового раствора18%
2 - 1,96 40,3 0,099 БКН
4 - 11,76 40,3 0,091 0,159 БК БК
6 0,092 Трона+БКН 0,0 40,3 0,098 БКН
Концентрация содового раствора-20%
2 - 3,57 40,3 0,118 БКН
4 - 28,07 40,3 0,139 0,176 БК БК
0,137 Трона + БКН 0,0 40,3 0,098 БКН
Концентрация содового раствора-22%
2 0,030Трона 4,38 40,3 0,110 БКН
4 - 28,07 40,3 0,139 0,170 БК БК
№ 10 (76)
universum:
химия и биология
октябрь, 2020 г.
6 0,159 0,0 0,098 БКН
Трона + БКН 40,3
Концентрация содового раствора-24%
2 0,060 Трона 16,67 40,30 0,045 0,111 БК БК
4 37,5 0,163 БКН
40,3 0,176 БКН
6 0,118Трона 14,3 40,3 0,042 0,122 БК БК
Концентрация содового раствора- 26%
2 0,089 Трона 23,88 40,3 0,045 0,110 БК БК
4 - 40,3 0,176 БКН
6 0,118 Трона 16,07 40,3 0,042 0,098 БК БК
Концентрация содового раствора- 30%
2 0,132 33,33 0,090 БКН
40,3 0,116 БКН
Концентрация содового раствора- 33,44%
2 0,167 44,7 0,147 БКН
Сравнение методов получения бикарбоната натрия из содовых растворов с различной концентрацией при добавке 10% сырого бикарбоната натрия показывает, что по шестому методу наблюдается такая же тенденция, как и в четвертом методе, но количество твердой фазы было меньше, так как перед карбонизацией маточного раствора отделяется твердая фаза - трона, количество которой увеличивается от 0,035 (3,5%) до 0,08 (8,0%).
Из таблицы 3 видно, что добавка 10% сырого бикарбоната натрия и применение 18-20%-ного содового раствора при 100°С образуется ненасыщенный раствор, а с увеличением концентрации содового раствора от 22 до 26% он становится насыщенным относительно троны, содержание которой увеличивается от 0,030 (3,0%) до 0,089 г (8,9%).
После фильтрации этой суспензии при применении содового раствора концентрацией 18-20% отделяется нерастворимый остаток, содержащийся в исходном сырье, а также осадок троны при применении содового раствора с концентрацией 20-26%. По второму методу выделенный фильтрат при этой же температуре (100°С), карбонизируется до степени 40,3%.
Как показывают данные (таблица 3), в осадок выпадает бикарбонат натрия и с увеличением концентрации содового раствора до 18-20% увеличивается количество осадка от 0,099 (9,9%) до 0,118 (11,8%). Дальнейшее повышение концентрации содового раствора до 22% приводит к уменьшению осадка до 0,110.
Повышение концентрации раствора свыше 22% не влияет на выход бикарбоната натрия (БКН), который остается постоянным. По четвертому методу после карбонизации количество твердой фазы изменяется как во втором методе, т.е.в 1,3-1,5 раза больше.
Однако содержание карбоната натрия больше, чем количество БКН в продукте по второму методу.
По шестому методу с повышением концентрации содового раствора от 18 до 22% количество выделенной твердой фазы после охлаждения первого фильтрата увеличивается от 0,092 (9,2%) до 0,159 (15,9%), а увеличение концентрации до 24% приводит к уменьшению твердой фазы до 0,118 (11,8%), и дальнейшее повышение концентрации свыше 24% не влияет на показатель последнего. Необходимо отметить, что при охлаждении в интервале концентрации 1822% в твердую фазу выпадает смесь троны и БКН, а при концентрации более>22% выпадает только трона. На выход бикарбоната натрия при 40%-ной карбонизации маточного раствора изменение концентрации в интервалах 18-22 и более >24% практически не влияет и составляет 0,098 (9,8%), а при 24% она достигает 0,122 (12,2%).
Таким образом, для получения чистого бикарбоната натрия выбираем второй метод с параметрами: температура - 100°С, концентрация содового раствора - 19-20%, добавка сырого бикарбоната натрия -10%. Для получения одновременно троны и бикарбоната натрия выбираем также второй метод с другими технологическими показателями: температура-100°С; концентрация содового раствора - 22-24%; добавка сырого бикарбоната натрия - 10%.
Необходимо отметить, что с повышением концентрации содового раствора более 24% процесс можно проводить только для получения троны. При карбонизации оставшегося фильтрата бикарбонат натрия образуется не сразу, то есть сначала образуются трона, смесь троны с бикарбонатом натрия и бикарбонат натрия. Ввиду этого в продуктах бикарбонат натрия имеются сокристаллизованные кристаллы троны и карбоната натрия.
№ 10 (76)
universum:
химия и биология
октябрь, 2020 г.
Список литературы:
1. Зайцев И.Д., Стоев Н.Д. Производство соды. - М.: Химия, 1986. -312 с.
2. Здановский А.Б. и др. Справочник по растворимости много-компонентных водно-солевых систем. Том 2 . Четырехкомпонентные и более сложные системы. -Ленинград. - 1954. - 1273 с.
3. Коган В.Б., Огородников С.К., Кафаров В.В. Справочник по растворимости. Том 3. Книга вторая. -Ленинград. - 1969. - 1170 с.
4. Эркаев А.У., Каипбергенов А.Т., Кучаров Б.Х., Тоиров З.К. Теоретический анализ получения сесквикарбо-ната натрия исследованием четырехкомпонентной системы Na2CO3-NaHCO3-NaCl-H2O. // Узбекский химический журнал. Ташкент. - 2015 г. №5. - С.13-16.
5. Эркаев А.У., Каипбергенов А.Т., Кучаров Б.Х., Тоиров З.К. Исследование процесса получения сесквикарбо-ната натрия жидкофазным способом // Журнал «Химия и химическая технология». (Ташкент). - 2015.- С.6-9.
6. Эркаев А.У., Каипбергенов А.Т., Кучаров Б.Х., Тоиров З.К. Исследование процесса получения сесквикарбо-ната натрия путем карбонизации содового раствора углекислым газом // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. - 2015. № 9-10 (17) http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2617.
