روش صنعتی تولید سود پرک چیست؟
هیدروکسید سدیم که به عنوان سود سوزآور یا لیمو نیز شناخته می شود، یک ترکیب معدنی با فرمول شیمیایی NaOH است. این یک جامد سفید است و یک پایه فلزی بسیار سوزاننده و نمک قلیایی است. این در گلوله ها، پولک ها، گرانول ها و به صورت محلول های آماده در تعدادی غلظت های مختلف موجود است. هیدروکسید سدیم به صورت صنعتی به عنوان محلول 50 درصدی با تغییرات فرآیند الکترولیتی کلرآلکالی تولید می شود. گاز کلر نیز در این فرآیند تولید می شود. هیدروکسید سدیم جامد از این محلول با تبخیر آب به دست می آید.
روش های مختلف تهیه سدیم هیدروکسید
روش های مختلف تهیه سدیم هیدروکسید عبارتند از:
- کاستنر – فرآیند کلنر
- اصل – در روش کاستنر-کلنر NaOH از الکترولیز محلول آبی NaCl (آب نمک) تهیه می شود.
سلول Castner-kellner – این یک مخزن مستطیلی از فولاد است. داخل مخزن با “بنیت” پوشیده شده است. آند از تیتانیوم ساخته شده است. لایه جاری جیوه (Hg) در انتهای مخزن به عنوان کاتد عمل می کند.
یونیزاسیون NaCl – 2NaCl e- 2Na+ + 2Cl-
هنگامی که جریان الکتریکی از آب نمک عبور می کند، یون های +ve و -ve به سمت الکترودهای مربوطه خود مهاجرت می کنند. یون های Na+ در کاتد جیوه تخلیه می شوند. سدیم ته نشین شده در جیوه، آمالگام سدیم را تشکیل می دهد. کلر تولید شده در آند از بالای سلول خارج می شود.
- واکنش در کاتد
2Na+ +2 e- à 2Na
(Na آمالگام را تشکیل می دهد)
Na + Hg à Na/Hg
یون‌های Na+ به دلیل ولتاژ بیش از حد نسبت به یون‌های H+ تخلیه می‌شوند.
- واکنش در آند
2Cl- à Cl2 + 2e-
تشکیل و فرایند تولید NaOH
آمالگام به محفظه دیگری به نام “دنودر” حرکت می کند، جایی که با آب تصفیه می شود تا NaOH که در حالت مایع است تولید شود. NaOH جامد از تبخیر این محلول به دست می آید.
2Na/Hg + 2H2O à 2NaOH + H2 + 2Hg
NaOH به دست آمده بسیار خالص است و فرآیند بسیار کارآمد است.
تولید سود پرک با روش سلول دیافراگمی نلسون
- اصل: الکترولیت مورد استفاده در این فرآیند نمک آبی (Brine) است.
- روش کار: دیافراگم متخلخل آزبست یا اکسید فلز با پلیمر محفظه های آند و کاتد را جدا می کند. دیافراگم از ورود یون های هیدروکسید به محفظه آند جلوگیری می کند و از ورود یون های کلرید به محفظه کاتد جلوگیری می کند. آب نمک اشباع وارد محفظه آند می شود که در آن گاز کلر تولید می شود.
- آند (الکترود مثبت): کربن (گرافیت) یا تیتانیوم پوشش داده شده با اکسید Ru-Ti.
- کاتد (الکترود منفی): مش فولادی
واکنش در آند (اکسیداسیون):
2Cl- (aq) àCl2(g) + 2e
واکنش کاتدی (کاهش):
2H2O (l) + 2e à H2(g) + 2OH-(aq)
Na+ از طریق دیافراگم به محفظه کاتد می رود و با OH- ترکیب می شود و NaOH را تشکیل می دهد.
واکنش کلی سلول (نمایش یون های تماشاگر Na+):
2H2O (l) + 2Cl- (aq) + 2Na+ (aq) —–> 2Na+(aq) + 2OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g)
محصول حاوی کلرید سدیم و هیدروکسید سدیم است. NaOH(های) را می توان متبلور کرد.
فرآیند لوویگ برای تهیه سود سوزآور
فرآیند لوویگ برای تهیه سود سوزآور به تشکیل فرات سدیم (Na2Fe2O4) بستگی دارد که سپس با آب تجزیه می شود. مشروبات الکلی سودا با اکسید آهن مخلوط می شوند و جرم آن تا خشک شدن تبخیر می شود و در حرارت قرمز روشن معمولاً در یک کوره گردان کلسینه می شود. با کلسینه کردن، واکنشی بین کربنات سدیم و اکسید آهن ایجاد می شود، دی اکسید کربن خارج می شود و فرات سدیم در کوره باقی می ماند. توده با آب سرد شسته می شود تا تمام مواد محلول از بین برود.
سپس آب در دمای 900 درجه سانتیگراد روی فرات سدیم ریخته می شود، که توسط آن تجزیه می شود، سود سوزآور تشکیل می شود و اکسید آهن بازسازی می شود. آخرین به فرآیند کلسینه بازگردانده می شود. اکسید آهن مورد استفاده یک سنگ آهن طبیعی، بسیار تمیز و عاری از سیلیس یا ناخالصی های دیگر است. که با کلسینه کردن یک هیدروکسید آهن رسوب داده شده به خوبی با این فرآیند سازگار نیست، زیرا باعث می شود که یک محصول به سختی مایع شود.
فرآیند اکسیداسیون سود مایع سفید
در فرآیند اکسیداسیون مایع سفید، سولفید نیتروژن (Na2S) در مشروب سفید توسط هوا اکسید می شود و به پلی سولفیدها تبدیل می شود که در فرآیند هضم استفاده می شود. فرآیند هضم جایی است که سلولز و نیمه سلولز (پلی ساکارید) از تراشه ها جدا می شوند که به عنوان ماده چوب برای ساخت خمیر عمل می کنند. مشروب سفید یک ماده شیمیایی مانند Na2S، NaOH و غیره است.
این فرآیند اکسیداسیون هوا در بین فرآیند سوزاندن و فرآیند هضم قرار دارد. مشروب سفیدی که قرار است در هوا اکسید شود از خطی گرفته می شود که سوزاننده را به فرآیند هضم وصل می کند و پلی سولفیدهای تولید شده دوباره به فرآیند هدایت می شوند. این بدان معنی است که هیچ تغییری در سیستم موجود لازم نیست. فرآیند اکسیداسیون هوا عمدتاً از یک دستگاه تصفیه مایع سفید و یک راکتور اکسیداسیون تشکیل شده است. از نوع جریان بالایی استفاده می شود تا فیلتر به طور موثر SS را حذف کند، اجزای اصلی CaCO3 و سایر مواد هستند.
ایجاد شده در طول فرآیند سوزاندن راکتور اکسیداسیون با کاتالیزورهای اکسیداسیون پر می شود، سپس هوای تامین شده از طریق یک دمنده واکنش اکسیداسیون را ادامه می دهد. NaOH تولید شده همراه با پلی سولفیدها در واکنش به طور موثر در فرآیند هضم استفاده می شود، که همچنین به کاهش بار وارد شده بر روی فرآیند سوزاندن کمک می کند.
روش کارمایکل در تولید سود پرک
در دستگاه کارمایکل از دیافراگم آزبست آغشته به سیمان پرتلند استفاده می شود. دیافراگم به صورت افقی بر روی کاتد در پایین سلول قرار دارد. بالای آن یک زنگ برای جمع آوری هیدروژن منتشر شده است. روی آند یک توری از میله های مسی پوشیده شده با لاستیک سخت قرار دارد که از طریق آن نقاط پلاتین به داخل آب نمک فرو می روند. این آند در بالای سلول معلق است و کلر آزاد شده تنها به صورت لحظه ای با مایع در تماس است.
محلول نمک به سلول در بالا، در جریان سریع قطرات وارد می شود در حالی که مخلوط سود سوزآور و نمک به طور مداوم از پایین جریان دارد. عرضه آب نمک به قدری تنظیم می شود که ماده سوز آور تشکیل شده در کاتد قبل از اینکه زمان انتشار در مایع داشته باشد، خارج می شود. محلول استخراج شده از سلول حاوی حدود 20 درصد سود سوزآور است و حدود 75 درصد نمک تجزیه می شود. واکنش در دمای حدود 80 درجه سانتیگراد در بالای سلول نزدیک آند انجام می شود، در حالی که ناحیه اطراف کاتد تا حد امکان خنک نگه داشته می شود.
سخن آخر
دیافراگم ها که از اثر فوری کلر حذف می شوند، بسیار بادوام هستند. این فرآیند از دستگاه Lunge استفاده می کند. کاتد، گاز سیم آهنی در حالت مایل قرار می گیرد. دیافراگم بر روی آن قرار دارد که از دو قسمت تشکیل شده است، یک ورق کاغذ پوستی و دو ورقه آزبست که توسط آلبومین خون به هم چسبیده شده و با تیمار با بی کرومات پتاسیم منعقد و سخت شده است. زنگ سفالی آند را که از سرب ساخته شده بود و میله‌های کربنی را در محلول نمک حمل می‌کرد، محصور می‌کرد.
سود سوزآور در محلول خارج از زنگ تشکیل می شود، و به دلیل موقعیت شیب دار کاتد، انتظار می رود هیدروژن به راحتی فرار کند، بنابراین از قطبش جلوگیری می کند. اما در عمل ثابت شد که زنگ‌های سفالی توسط محلول سود سوزآور متلاشی شده‌اند، در حالی که هیدروژن آزاد می‌شود. دیافراگم ها به سرعت از بین می روند و فقط بین 24 تا 48 ساعت دوام می آورند. آندها آهسته تر مصرف می شوند و حدود شش هفته دوام می آورند. در این فرآیند محلولی از ماده سوز آور حاوی 10 درصد NaOH به دست می آید.