روش تولید سدیم هیدروکسید

سدیم هیدروکسید به دو روش تولید می شود:

• آب آهک سودا
• الکترولیت

تولید سدیم هیدروکسید به روش آب آهک

در این روش (Ca(OH)2) را با سدیم کربنات یا سودا اَش (Na2CO3) وارد عمل می کنند و هیدروکسید سدیم تولید می شود کربنات کلسیم ته نشین می شود.

مخلوط حاصل را حرارت داده تا دی اکسید کربن جدا شود و در نتیجه آهک (CaO) دوباره بدست می آید و مجدد وارد چرخه واکنش می شود.

روش آب آهک سودا در سال های قبل بیشتر متداول بوده ولی اکنون از این روش کمتر استفاده می شود، بجز مواردی که محصول فرعی کربنات سدیم را با اضافه کردن آهک مجددا قلیایی کرده و به هیدروکسید تبدیل می کنند.

تولید سدیم هیدروکسید روش الکترولیتی

در این روش جریان مستقیم از میان محلول (نمک کلرید سدیم) و در سل های مخصوص که برای این منظور طراحی شده است عبور می کند.

آب نمک به وسیله جریان الکتریسته تجزیه می شود و به صورت محلول 10-12 درصد هیدروکسید سدیم به همراه گاز هیدروژن در کاتد و گاز کلر در آند به عنوان محصولات فرعی تشکیل می شود.

دو نوع سل، کاتد جیوه ای و دیافراگمی مورد استفاده قرار می گیرد، ولی واحدهای جدیدی تولیدی، به خاطر خطر آلودگی پساب های جیوه و تا حدودی ارزانتر بودن عملیات، از نوع دوم استفاده می شود.

هرچند که شرایط نسبی اقتصادی هردو روش قابل بحث و تامل می باشد.

در روش سل جیوه ای، نمک جامد جهت تهیه الکترولیت مورد نیاز است، در روش سل دیاگرامی می توان از نمک جامد، آب نمک طبیعی یا آب دریا تغلیظ شده به وسیله تبخیر یا اخیرا به وسیله دیالیز استفاده نمود.

در هر حالت الکترولیت یک محصول اشباع شده (تقریبا 25%) نمک می باشد که آنرا گرم نموده و به داخل مخزن تصفیه و خالص سازی می ریزند.

در انجا با کربنات سدیم و مقداری سود سوزآور ترکیب می کنند و در نتیجه ترکیبات کلسیم و منیزیم را جدا می نمایند.

اگر میزان سولفات در آب نمک زیاد باشد مقداری کلرید باریم به آن اضافه می کنند.

چنین روش خالص سازی هم برای ایجاد نوع مرغوب محصول و هم برای کاهش انسداد دیافراگم لازم است، به شرط انکه از سل الکترولیت استفاده شود.

آب نمک تصفیه شده با اسید کلریدریک خنثی می شود سپس آنرا دوباره گرم می کنند و جهت الکترولیز به داخل سل ها می ریزند.

در این سل، جیوه قطب کاتد را تشکیل می دهد و سدیم فلزی، ته نشست الکتریکی معمولی از محلول آبی نمی باشد، بلکه ته نشینی داخل جیوه به صورت ملغمه صورت می گیرد، که این عمل به وسیله ولتاژ زیاد هیدروژن بر روی جیوه میسر خواهد بود.

ملغمه در قسمت دیگر سل به وسیله آب تجزیه شده و تولید هیدروژن و هیدروکسید سدیم خیلی خالص عاری از کلر با غلظت 50% را می نماید.

کلر در آندهای گرافیتی که با دانسیته جریان 4800 آمپر بر متر مربع و افت ولتاژ 4.5 ولت/سل کار می کند، تشکیل می گردد.

راندمان این سل ها تقریبا 95% می باشد. سل ها در درجه حرارت 60–70 درجه سانتی گراد کار می کنند.

آب نمک را به سل جیوه ای وارد می کنند، کلرور سدیم 26 درصد فقط به کلرور سدیم 22 درصد به ازای هربار عبور از میان سلول، تقلیل میابد.

نمک جامد جهت اشباع کردن آب نمک که مجددا به چرخش در می آید، بکار می رود، این عمل لازم  ضروری است زیرا برخلاف عملیات سل دیافراگمی، در این سیستم هیچگونه پاک سازی و خالی کردن آب وجود ندارد.

همچنین آب نمک بایستی قبل از چرخش مجدد کلرگیری شود.

آب نمک مصرف شده را با اسید کلریدریک تا pH=3 اسیدی می کند و سپس تحت شرایط خلا و به وسیله دمیدن جریان هوا به آن در برج پاشش، گاز آن گرفته (گازگیری) می شود.

آخرین آثار باقی مانده کلر و یون کلرات با اضافه کردن بی سولفیت سدیم تخریب و از بین می روند.

سپس آب نمک به وسیله سود سوز آور خنثی می شود و مجددا با محلول نمک اشباع می گردد.

یون های فلزات سنگین، منیزیم، کلسیم و یون های سولفات به آن اضافه کردن کربنات سدیم یا باریم به ظرف حل کننده، از آن جدا می گردد.

رسوب بدست آمده توسط فیلتراسیون جدا می شود و محصول حاصل از سل جیوه ای از نوع بسیار خوب و غلیظ محلول قلیایی (کاستیک) است که ممکن است در صنایع ابریشم مصنوعی بدون تخلیص بعدی مورد استفاده قرار گیرد.

سل دیافراگم، حاوی دیافراگمی از پنبه نسوز می باشد که گرافیت یا آند فلزی را از تور فلزی یا سیم کاتد جدا می کند.

آب نمک را به داخل قسمت اند می ریزند، در آنجا کلر ظاهر می شود، سپس به یون ها اجازه داده می شود که از میان دیافراگم متخلخل عبور کنند، اما انتشار محصولات از قسمت کاتد که در آنجا هیدروکسید سدیم و هیدروزن تشکیل می شود، تقلیل میابد.

در اینجا کاتد شامل قاب فولادی فلنج دار در قسمت فوقانی و تحتانی می باشد.

یک تور فولادی به داخل قاب فولادی جهت کامل کردن کاتد جوش خورده شده است.

دیافراگم به وسیله غوطه ور نمودن کاتد در حمام پنبه نسوز جهت ته نشین شدن بر روی تور فولادی بکار می رود.

سپس کاتد با دیافراگم ته نشست شده بر روی اند های گرافیتی  سوار می شود و قسمت فوقانی سل متحد المرکز را در داخل جایش قرار می دهند و با بتونه مهر و موم می کنند.

میزان 322 گرم بر لیتر آب نمک در حرارت 65- 75 درجه سانتی گراد از میان سوراخ قسمت فوقانی سل به داخل ان جریان میابد، سپس به داخل قسمت آند، در آنجا کلر تشکیل می شود و متعاقب آن از میان دیافراگم متخلخل عبور می کند.

سل با یک کاتولیت 99.5 درجه سانتی گراد در 30000 آمپر یا بیشتر و با افت ولتاژ اصلی 3.95 ولت کار می کند، که باعث افزایش طول عمر مفید سل می گردد.

محلول آب نمک سود سوز آور از قسمت کاتد و از میان یک لوله تصفیه و به خارج جریان میابد و هیدروژن از قسمت پشتی سل تخلیه می شود که از انجا از میان یک لوله به منبع اصلی، انتقال میابد.

لوله کشی آب نمک، هیدروژن و محلول سود سوزآور معمولا از جنس سرامیکی و یا پلی استر می باشند.

سل دیافراگمی حدود 50 درصد آب نمک را تجزیه می کند تا تولید محلول سود سوز آور 10-20 درصد حاوی کلرید کلسیم تجزیه نشده نماید.

سود سوز آور ضعیف را به داخل دستگاه تبخیر چندگانه که توسط نیکل آستر و روکش شده است، می ریزند که در آنجا محلول هیدروکسید سدیم 50درصد تولید شود.

بیشتر نمک ته نشین شده و از سود سوز آور غلیظ خارج می شود و در داخل جدا کننده نمک بازیافت می شود و بعد از فیلتر و شستشو نمک بازگردانده می شود و جهت شارژ (خوراک) آب نمک مصرف می گردد.

محلول سود سوز اور 50درصد، که حاوی 1درصد کلروسدیم است و ممکن است به همان حالت، به عنوان مایع سود سوز آور استاندارد فروخته شود و یا بیشتر خالص و تغلیظ شود.

عملیات تصفیه و تخلیص

چندین روش تخلیص ممکن است مورد استفاده قرار گیرد که بستگی به نحوه عملکرد و روش کار دارد که یا مایع 50% نوع مرغوب یا محصول تغلیظ شده با کیفیت بالا بدست می آید. بعضی از ناخالصی های مزاحم در محلول سود کاستیک 50 درصد که به وسیله الکترولیز  سل دیافراگمی تولید می شود عبارتند از کلرید سدیم، کلرات سدیم و آهن کلوئیدی.

اهن کلوئیدی ممکن است در اثر ترکیب مایع با مقدار 1% وزن کربنات کلسیم فیلتر کردن مخلوط حاصله و یا به وسیله ترکیب با کلر جدا و خارج گردد کلرید سدیم و کلرات ها ممکن است به وسیله عملیات جریان متقابل مایع با امونیاک در برج انتشار و پاشش مایع جدا گردند.

نتیجه محلول سود سوز اور مرغوب 50 درصد به صورت خالص مشابه محصول تولید شده توسط سلول های جیوه ای بدست می اید که آنرا یا می فروشند و یا تغلیظ می نمایند.

روش دیگر، کاهش مقدار نمک شامل خنک کردن محلول تا ۲۰ نوری و سپس فیلتر کردن کلرید سدیم متبلور می باشد. سایر مراحل شامل عملیات تغلیظ می باشد. برای مثال ممکن است که آمونیاک به محلول سود سوزآور اضافه شود و هیدرات های هیدروکسید سدیم را که حاوی آب کمتر از مایه ام هنا ته نشين سازد، متناوبأ، بلورهای بدون آب ازاد هیدروکسید سدیم میگی. این توسط ترکیب سود سوزآور (کاستیک) ۵۰ درشاه با آمونیاک بی آب توسط دستی جریان منفايا فشار تشکیل گردند.

محلول سود کاستیک ۷۵ – ۷۰ درصد حاصل از دستگاه تقطير نهائی را به دیگ های ذوب می ریزند که از جنس چدن مخترشی ساخته شده اند. اینجا در حرارت نھایی ۶۰۰ و ۵۰ درجه سانتی گراد، عدد تا تمامی آب جوشیانه و خارج می شود کاستیک مذاب معمولا با گوگرد ترکیب شده و آهن ته نشین می گردد و پس از ته نشینی، آنرا به داخل بشکه های فولادی نازک (سبک) جهت فروش به عنوان سود کاستیک جامد تخلیه می کنند و یا اینکه هیدروکسید سدیم بدون آب داغ را به داخل یک پرک کننده منتقل می کنند تا سود پرک تولید نمایند. بسته به خلود مایع سود کاستیک ۷۳ درصد شارژ شده که متأثر از مراحل ساخت یا تخلیص می باشد، با سود کاستیک نوع بدون آب استاندارد که حاوی ۲ تا ۳ درصد ناخالصی است و با نوع هیدروکسیا سدیم بدون آب مرغوب، یا ناخالتی کمتر از ۱ درصد بدست می آید. گاز کلر مرطوب و داغ در آن سالها به وجود می آید که بعد از خنک شدن بازیافت می گردد.

کاربرد و مصارف مصرف

در صنایع خمیر کاغذ و کاغذ سازی، آلومینیوم، تصفیه نفت، نساجی، ابریشم مصنوعی، صابون سازی و پاک کننده ها، سلفون و سایر صنایع شیمیایی

بررسی جایگاه صنعتی

برای سال های متمادی، تولید سود کاستیک هم برای تولید کننده های کلر الکترولیتیتی و هم برای صنایع سودا – آمونیاک مفید و پر منفعت بوده است.

در مورد دوم مقادیر زیادی از سود کاستیک به وسیله ترکیب و اصلاح سودا اش با دوغاب آهک تولید می شود.

در اوایل، تولید سود کاستیک از سودا اش در مقایسه با روش الکترولیتیکی خیلی بیشتر انجام می شد هرچند، همانطوری که میزان درخواست مصرف کلر بیشتر میشد، قیمت ها به منظور رقابت با سودا اش کاهش یافت.

از انجاییکه صنایع الومینیومی تقریبا کاملا سود پرک را بجای سودا اش جایگزین کرده اند، سایر عملیاتی که می توانند از این ماده استفاده کنند شامل منومرهای وینیل وکلرید وینیل، هیدروکربن های کلردار شده، گلیسیرین و گلیکول ها، فسفات ها و سیلیکات ها، فلوئورید سدیم می باشند.

از انجاییکه سود کاستیک و کلر محصولات فرعی هستند به نسبت های متفاوت به وسیله روش های الکترولیتی تولید می شوند مشکل اصلی تولید کننده ها نوسان درخواست این مواد می باشد زیرا انبار کردن آن ها از لحاظ اقتصادی برای مدت زیادی مقرون به صرفه نیست در حال حاضر همه تولید کننده ها به مقدار کم هردو ماده را عرضه می کنند.