Análisis de causas y medidas de mejora del alto contenido de carbonato sódico en la sosa cáustica

La planta de cloro-álcali A es una empresa de productos químicos de sal que se dedica principalmente A la producción de materias primas químicas básicas como el alcalino de chlor y productos derivados del cloro. Adoptando el proceso de membrana iónica bipolar para la producción de álcali, actualmente hay 7 células electrolíticas con una capacidad de producción de sosa cáustica de 170.000 t/a. Recientemente, algunos clientes han informado que el contenido de carbonato de sodio en hidróxido de sodio de alta pureza es demasiado alto. En respuesta a este problema, la compañía ha llevado a cabo un análisis en profundidad, ha identificado las razones de análisis, proceso, almacenamiento, transporte y otros aspectos, ha propuesto medidas específicas y ha realizado mejoras.

1. Estado actual del análisis de calidad en la industria de la sosa cáustica

Después de que surgió el problema del alto contenido de carbonato sódico en la sosa cáustica, a través de la comunicación con otras empresas de la industria, la mayoría de los clientes firmaron contratos con la empresa en forma de álcali sólido. El método de análisis existente sólo analiza el contenido total de álcali en la solución de sosa cáustica y no deduce el contenido de carbonato sódico en la solución de sosa cáustica. Por lo tanto, el resultado del análisis es el contenido total de álcali en la solución de sosa cáustica.

El análisis del contenido de NaOH en la sosa cáustica existente adopta la reacción de neutralización entre hidróxido de sodio y ácido clorhídrico, con fenolftaleína como indicador para indicar el punto final. La ecuación de reacción esNaOH+HCl→NaCl+H₂O.

2 estándar de calidad para hidróxido de sodio de alta pureza

La norma de calidad para el hidróxido de sodio de alta pureza se refiere a los indicadores especificados para liquiSoda d cáustica en el estándar nacional de China GB/T11199-2006. De acuerdo con el estándar, el mayor contenido de sodio El carbonato contenido en hidróxido sódico de alta pureza y de primera calidad no puede superar el 0,06 %.

3 determinación del contenido de álcali en sosa cáustica

En China estándar GB/T4348.1-2013 "determinación del contenido de hidróxido de sodio y carbonato de sodio en hidróxido de sodio Industrial", se especifica el método para determinar el contenido de hidróxido de sodio y carbonato de sodio en hidróxido de sodio Industrial. El contenido de hidróxido de sodio en la solución de muestra se analiza primero, y luego se mide el contenido alcalino total de hidróxido de sodio y carbonato de sodio en la solución de muestra. La diferencia entre los dos se utiliza para obtener el contenido de carbonato de sodio en la solución de muestra.

3.1principio de determinación del contenido de hidróxido de sodio

Agregue clorde bario a la solución de la muestra, convierta el carbonato de sodio en precipitde de carbonde bario, y luego use fenolftaleína como un indicador para titular con la solución estándar de ácido clorhídrico al punto designado. La reacción es como sigue.

Na₂CO₃+ azúcar₂→BaCO₃− +2NaCL

NaOH+HCL→NaCL+H₂O

3.2principio de determinación del contenido en carbonato sódico

La solución de la muestra está indicada por una mezcla de bromocresol verde-rojo metilo, y valorada con solución estándar de ácido clorhasta el punto final. Se mide la cantidad total de hidróxido de sodio y carbonato de sodio, y luego se resta el contenido de hidróxido de sodio para obtener el contenido de carbonato de sodio.

4 solubilidad común del hidróxido de sodio y carbonato de sodio

Después de comprobar el "volumen inorgánico de la química y el Manual de datos de propiedades químicas", la solubilidad común de hidróxido de sodio y carbonato de sodio se muestra en la tabla 1.

De acuerdo con los datos de la tabla 1, cuando la fracción de masa de NaOH en la solución es constante, el Na₂CO₃El contenido en la solución aumenta con el aumento de la temperatura. Por lo tanto, es necesario mantener la temperatura de la solución de NaOH estable a temperatura ambiente.

5 análisis de las razones del alto contenido de carbonato sódico en la sosa cáustica

Dirigido a la cuestión de alto contenido de carbonato de sodio,Basado en el proceso de producción de sosa cáustica, la causa raíz del problema se identifica a partir de los aspectos de producción, equipo, almacenamiento, transporte y análisis.

5.1 proceso de producción de sosa cáustica

La planta cloroalcalina A adopta la tecnología completa de producción de salmuera alcalina para la producción de salmuera primaria. La salmuera saturde la mina de sal se refinmediante la adición de hidróxido de sodio y carbonde sodio a través de una unidad de pre-procesamiento, y luego refinado por un reactor de torre y un filtro de Kaimo para eliminar iones de calcio, iones de magnesio, materia orgánica natural, y las impurezas insoluen en agua de la salmuera, produciendo salmuera primaria calificada.

La primera salmuera se refindos veces a través de una torre de resina quelpara eliminar los iones de calcio y magnesio, produciendo salmuera refinque cumple con los requisitos del proceso de electrólisis de membrana de iones. Hay un total de 3 torres de resina quelante, 2 de las cuales están en funcionamiento en serie y 1 se regenera para la copia de seguridad. Cambie una vez cada 24 horas.

El sistema de electrólisis adopta la tecnología de electrólisis de membrana ibipolar de distancia de cero polos. La salmuera refinse envía a la variedad de entrada de líquido de ánodo de la célula de electrólisis a través del tanque de cabeza de salmuera. Después de mezclarcon ácido clorhídrico, entra en la cámara de ánodo de la célula de electrólisis, produciendo gas de cloro y salmuera dilu. La salmuera dilues desclorada y devuelta a la mina de sal. La solución alcalse envía al múltiple de entrada alcalde de la celda electrolítica a través del tanque de solución alcalalcal, y se diluen con agua pura para mantener la concentración de sosa cáustica en la solución cátodo en alrededor del 30%. La sosa cáustica diluse envía a la variedad de entrada catódica de cada celda electrolítica y entra en la cámara catódica de la celda electrolítica, produciendo gas de hidrógeno y sosa cáustica. Parte de la sosa cáustica se mide por un medidor de flujo y se envía fuera de la zona límite como un producto terminado, mientras que el resto se devuelve al tanque de álcali de la cabeza después del intercambio de calor en el intercambide calor catolita.

5.2 análisis de las razones del alto contenido de carbonato sódico

Basándose en el proceso de producción electrolítica y el estado actual de almacenamiento de los productos alcalinos terminados, el análisis preliminar muestra que las razones para el alto contenido de carbonsódico en la solución alcalina son las siguientes.

Para mejorar la eficiencia actual y reducir el consumo de electricidad por tonelada de álcali, es necesario asegurar que los iones de calcio en la salmuera sean completamente eliminados. Hay dos pasos para eliminar los iones de calcio de la salmuera. En la primera etapa de producción de la salmuera, el carbonde sodio debe ser añadido a la salmuera para eliminar la mayoría de los iones de calcio. Con el fin de reducir la carga de producción de la torre de resina de salmuera secundaria dispositivo y eliminar eficazmente Ca²⁺La cantidad de carbonato de sodio refinado debe ser ligeramente mayor que la cantidad teórica requerida para la reacción. En el control real del proceso, el exceso de carbonato de sodio en salmuera es de 0.25-0.40g/L.

En el proceso secundario de producción de agua salada, la eliminación de iones de calcio se realiza principalmente a través de una torre de resina quelante. Después de que la resina queladsoriones de calcio y magnesio, el agua salada entra en la celda electrolítica para la electrólisis. Exceso de carbonato de sodioEl te en una solución de agua salada entra en la celda electrolítica, donde reacciona con ácido clorhídrico en el ánodo. Parte de los iones carbonato sin reacción ósmosis inversa a través de la membrana del ion al cátodo, formando carbonde sódico en el catolito.

La sosa cáustica en el área del tanque del producto terminado y la sosa cáustica en el carro tanque de soda cáustica, debido al contacto con el aire, reacciona con dióxido de carbono en el aire para producir carbonato sódico, que se disuelve en la solución de hidróxido sódico.

Para verificar el juicio anterior, se tomaron muestras de la salida de cátodo de la leceCélula trolítica y el tanque alcalino terminado para el análisis.

Al tomar muestras en la salida del cátodo de la celda electrolítica, considerando los diferentes ciclos de operación de la membrana iónica en cada celda electrolítica, se selecciondos células electrolíticas representativas para el análisis comparativo durante el experimento. La célula G con el tiempo operativo de membrana más largo y la célula F con el tiempo operativo de membrana más corto fueron respectivamente Seleccionado. Los resultados del análisis se muestran en la tabla 2.

A partir del análisis de los datos anteriores, se puede observar que el contenido de carbonato sódico en la solución alcalina de salida del tanque F es 1/3 de la solución alcalina de salida del tanque G, y el contenido de carbonato sódico en la solución alcalina de salida de un solo tanque cumple con los requisitos de la norma nacional del producto. Esto indica que aunque la membrana iónica de la célula electrolítica es una membrana selectiva de cationes, a medida que su ciclo operativo se extiende, la densidad de la membrana iónica disminuye, y la capacidad de prevenir la ósmosis inversa del anión también disminuye en consecuencia. Esto hace que el carbonsódico en la solución de ánodo de la celda electrolítica entre en la solución del cátodo a través de la membrana iónica, pero no es la razón principal para el alto contenido de carbonsódico en la solución alcalterminada.

Al tomar muestras en el área del tanque de álcali terminado, debido al bajo inventario de álcali terminado en el área del tanque, no se carga por la noche, y hay continuidad en la carga durante el día. Por lo tanto, el tiempo de contacto entre el interior del tanque de álcali conectado a la salida electrolítica y el aire no excederá de 12 horas. El 13 de septiembre, la solución alcalina del tanque 7 fue seleccionada para el análisis, y los resultados del análisis mostraron que el contenido de carbonato de sodio fue de 0.12% y el contenido de hidróxido de sodio fue de 32.02%.

Con el fin de verificar más a fondo, a medida que aumenta el tiempo de contacto entre la sosa cáustica y el aire, el contenido de carbonato sódico en la sosa cáustica aumentará gradualmente. El 15 de septiembre, se tomaron muestras del tanque de álcali circulen en el cátodo de la celda electrolítica y se dejaron abiertas para Diferentes períodos de tiempo para el análisis comparativo. Los datos experimentales se muestran en la tabla 3.

Según los datos de la tabla 3, el contenido de carbonato sódico en la sosa cáustica está aumentando con el tiempo. Esto indica que a medida que el tiempo de contacto entre la solución alcalina y el aire aumenta, el hidróxido de sodio en la solución alcalreacciona con el carbonoDióxido en el aire para formar carbonato de sodio, que sigue aumentando y alcanza un valor extremo de 0,39% después de 72 horas.

Con base en los métodos de análisis anteriores y en la bibliografía, se analizó la calidad del hidróxido de sodio industrial utilizando los métodos de determinación del contenido de hidróxido de sodio y carbonato de sodio especificados en GB/T 4348.1-2013 y el método de doble indicador. A través de mediciones experimentales, se encontró que el contenido de hidróxido de sodio y carbonato de sodio en hidróxido de sodio industrial analizado por el método de doble indicador difería significativamente de sus valores reales; El contenido de hidróxido de sodio y carbonato de sodio en hidróxido de sodio industrial analizado en GB/T4348.1-2013 es consistente con los valores reales. Por lo tanto, se recomienda utilizar el método de clorde bario especificado en GB/T4348.1-2013 para el análisis.

El álcali mezclado es una mezcla de carbonato de sodio y bicarbonde sodio o carbonde de sodio e hidróxido de sodio, y el principal método para determinar álcali mezclado es el método de doble indicador. El rango de cambio de color del indicador es pH=pKHIn − 1, pero debido a la sensibilidad variable del ojo humano a diferentes colores y el efecto de enmascarmutuo entre los dos colores, el rango de cambio de color observado del indicador ácibase puede diferir, lo que lleva a errores de valoración. Al mejorar el tamaño de la muestra para medir álcali mezclado, se exploraron las condiciones experimentales para medir álcali mezclado y se encontraron las condiciones óptimas, resultando en resultados satisfactorios.

6 medidas de rectificación

A través del análisis anterior, se han identificado los eslabones clave para resolver el problema. Se han tomado medidas tales como reducir la cantidad de bicarbonato de sodio en salmuera, introducir el proceso de neutralización ácida durante el refinsecundario de salmuera, reemplazar regularmente las membranas iónicas, cambiar el método de alimentación de los tanques alcalinos terminados, sellar el proceso de transporte, añadir sellado de nitrógeno a los tanques alcalinos terminados, y mejorar los métodos de análisis para lograr el contenido de carbonato de sodio en la sosa cáustica cumpliendo los requisitos de los indicadores de soda cáustica líquida en GB/T11199-2006.

6.1 reducir el exceso de carbonato de sodio en la salmuera

En la producción, se utiliza el método de añadir exceso de NaOH y Na − CO3 para eliminar Mg − + y Ca − +, y la Mg generada (OH) ₂ tiene propiedades coloid. en la producción, se utiliza el método de adición de exceso de NaOH y Na − CO3 para eliminar Mg − + y Ca − +, y la Mg generada (OH) ² tiene propiedades coloidales. La nueva generación de Mg (OH) ₂ puede encapsullos cristales de CaCO3 finamente dispersos y acelerar la velocidad de sediment. Después de la sedimentación, el Ca2+ y Mg2+ en el agua salada disminuyó a menos de 10 mg/L.

El principal propósito de la adición de carbonato de sodio a la salmuera es para eliminar los iones de calcio. Para asegurar que los iones de calcio en la salmuera sean completamente eliminados, la industria generalmente controla la cantidad de bicarbonato de sodio en la salmuera a 0.25-0.40g/L. Con la premisa de asegurar que los iones de calcio pueden ser eliminados, la cantidad de carbonato de sodio añadido a la salmuera puede ser ajustada con precisión a través de un detector en línea de soda pura para reducir la cantidad de bicarbonato de sodio en salmuera. Esto no sólo reduce el consumo de materia prima y ahorra costes, peroTambién controla el exceso de carbonato de sodio en la salmuera que entra en el tanque para la ósmosis inversa en la solución alcalcádica.

6.2 añadir ácido para neutralizar durante el refinado secundario de la salmuera

Después de la filtración y sedimentación, el Ca²⁺Y Mg²⁺El contenido en la salmuera se redujo, pero aún quedaban CaCO sin filtrar₃Y Mg (OH)₂. El valor pH de Mg(OH)₂Las partículas disueltas fue 10.5, y el valor de pH de CaCO3 disuelfue 9.4. Debido al valor de pH de 10,5 en salmuera, estas partículas no se pueden disolver. La resina quelsólo puede absorber Ca²⁺Y Mg²⁺Iones, pero no pueden adsorber los componentes Ca y Mg en partículas. Exceso de en₂CO₃Durante un proceso de refinado de la salmuera entrará en la celda electrolítica junto con la salmuera.

Antes de que la salmuera entre en la torre de resina quel, se añade ácido clorhídrico al 31% y se mezcla uniformemente con la salmuera a través de un mezclador estático. La mezcla luego entra en el analizador automático de pH, donde la cantidad de ácido clorhídrico añadido se ajusta automáticamente en función del valor de pH medido para lograr el control.

Utilizar el proceso de adición de ácido durante el refinsecundario de la salmuera puede disolel CaCO parcialmente asent.₃Y Mg(OH)₂En el agua salada, lo que permite Ca²⁺Y Mg²⁺Iones en la salmuera a ser completamente adsorbido al entrar en la torre de resina quelante. Además, puede descomponer el exceso de Na₂CO₃En la salmuera, impidiendo que penetre en el cátodo a través de la ósmosis inversa de la membrana iónica y provocando un aumento del contenido de carbonato sódico en la solución de sosa cáustica.

6.3 cambiar la membrana del ion

La condición de la membrana está directamente relacionada con la seguridad y la estabilidad de la producción durante el funcionamiento de la célula electrolítica. Cuando hay un punto de fuga en la membrana, presentará diferentes situaciones en diferentes etapas de la operación de densidad de corriente de la célula electrolítica debido al tamaño y la ubicación del punto de fuga. A medida que el daño a la membrana se intensifica, el catolito entra en el ánodo para la reacción hasta que penetra en el disco del ánodo, finalmente corrola la celda electrolítica y plantea mayores riesgos de seguridad. Por lo tanto, la membrana con puntos de fuga debe ser reemplaztan pronto como sea posible.

6.4 cambiar el método de alimentación del tanque de álcali de producto

Al observar el método de alimentación del área del tanque alcalino de producto, se encontró que algunos puertos de alimentación del tanque alcalino se alimentan desde la parte superior del cuerpo del tanque, y el tubo de alimentación no penetra profundamente en la parte inferior del cuerpo del tanque, causando que la solución alcalina entre en contacto directo con el aire al entrar en el tanque, absorbiendo dióxido de carbono del aire y causando un aumento en el contenido de carbonato de sodio en la sosa cáustica. Rectiel método de alimentación del tanque de álcali de la alimentación superior a la alimentación inferior para evitar el contacto entre la sosa cáustica y el dióxido de carbono en el aire durante la alimentación.

6.5 asegurar un sellado adecuado durante el transporte

Debido al contacto con el aire, la sosa cáustica en camiones cisterreacciona con el dióxido de carbono en el aire para formar carbonato de sodio, que se disuelve en una solución de hidróxido de sodio. Por lo tanto, es necesario sellar los vehículos de transporte de sosa cáustica para evitar el contacto entre el aire y la sosa cáustica en los camiones cister.

6.6 añadir sello de nitrógeno al tanque de producto alcalino

Al cargar en el área del tanque de producto, el nivel de líquido en el tanque de álcali disminuye, causando la entrada de aire. La sosa cáustica reacciona con dióxido de carbono en el aire para producir carbonato de sodio, que se disuelve en la solución de hidróxido de sodio. Mediante la adición de un dispositivo de sellado de nitrógeno al tanque de álcali existente, es posible evitar que el tanque inhalaire durante la carga y para evitar la reacción de la sosa cáustica en la parte superior del tanque con dióxido de carbono en el aire para producir carbonato de sodio.

6.7 bajar la temperatura del producto álcali

Mediante el análisis de la co-solubilidad del hidróxido de sodio y carbonato de sodio, la temperatura de la solución alcalalcalterminada se puede reducir a una temperatura baja o normal para disminuir el contenido de carbonato de sodio en la solución alcalina.

6.8 mejorar los métodos de análisis

Usando el método de análisis especificado en GB/T 4348.1-2013, primero analizar el contenido de hidróxido de sodio en la solución de muestra, y luego medir la alcalinidad total de hidróxido de sodio y carbonato de sodio en la solución de muestra. Sustralos dos para obtener el contenido de carbonato de sodio en la solución de la muestra. Mejorar el peso muestral en el método de análisis para reducir los errores de valoración.

7 conclusión

Basado en el análisis anterior de las razones, la calidad de los productos de soda cáustica se ha mejorado mediante la reducción de la cantidad de bicarbonde sodio en salmuera a 0,10 ~ 0,25g /L, la introducción de proceso de adición de ácido, la sustitución regular de las membranas iónicas, la alimentación de solución alcalina desde el fondo del tanque de álcali del producto, la adición de sello de nitrógeno al tanque de álcali del producto, el sellado del vehículo de transporte del tanque de álcali, y la mejora de los métodos de análisis existentes. El contenido de carbonato sódico en la sosa cáustica se ha reducido significativamente y se ha estabilizado en 0,03% ~ 0,05%, cumpliendo con el requisito de la norma de calidad de hidróxido sódico de alta pureza (GB/T11199-2006) de que el contenido máximo de carbonato sódico no puede exceder el 0,06%, y cumpliendo con las necesidades de los usuarios. Como empresa de ingeniería con experiencia en el sector de los clorál BPC se ha comprometido a proporcionar servicios de actualización para clientes de clor-álcali en todo el mundo.