Производство бихромата калия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Ранее для производства бихромата калия использовали процесс, аналогичный существующему процессу производства бихромата натрия прокаливали известково-поташную шихту и выщелачиванием спека получали раствор хромата калия, который серной кислотой переходили в бихромат. Дороговизна поташа послужили причиной вытеснения бихромата калия дешевым бихроматом натрия. В настоящее время его применяют, главным образом, там, где бихромат натрия неприменим из-за гигроскопичности и наличия кристаллизационной воды.

С появлением на рынке дешевого хлорида калия, бихромат калия начала получать методом обменного разложения (конверсия) бихромата натрия хлоридом калия. Недостатком этого метода является получение отбросного, загрязненного бихроматом, хлорида натрия.

Бихромат калия хорошо растворим в воде. Область применения бихромата калия широка: он используется при производстве красителей, дублении кожи и овчины, в качестве окислителя в спичечной промышленности, в живописи, пиротехнике и фотографии. Примечательно, что раствор бихромата калия в серной кислоте (хромовую смесь) используют для мытья колб и другой стеклянной посуды в химических лабораториях. При работе с бихроматом калия важно применять защиту органов дыхания, кожи, так как хромпик - высокотоксичное вещество, способное разрушить кожные покровы, дыхательные пути, хрящевые ткани. Несмотря на высокую степень опасности, хромпик незаменим в промышленности. Бихромат калия активно используется на большинстве предприятий химической отрасли.

1. Литературный обзор

Почти все соединения хрома и их растворы интенсивно окрашены. Имея бесцветный раствор или белый осадок, мы можем с большой долей вероятности сделать вывод об отсутствии хрома. Соединения шестивалентного хрома чаще всего окрашены в желтый или красный цвет, а для трехвалентного хрома характерны зеленоватые тона. Но хром склонен еще и к образованию комплексных соединений, а уж они окрашены в самые разные цвета. Запомним: все соединения хрома ядовиты.

Бихромат калия К2Сr2O7 - самое, пожалуй, известное из соединений хрома и получить его всего легче. Красивый красно-желтый цвет свидетельствует о наличии шестивалентного хрома. Проведем с ним или с очень похожим на него бихроматом натрия несколько опытов. Сильно нагреем в пламени бунзеновской горелки на фарфоровом черепке (кусочке тигля) такое количество бихромата калия, которое поместится на кончике ножа. Соль не выделит кристаллизационной воды, а расплавится при температуре около 400 °С с образованием темной жидкости. Прогреем ее еще несколько минут на сильном пламени. После охлаждения на черепке образуется зеленый осадок.

Часть его растворим в воде (она приобретет желтый цвет), а другую часть оставим на черепке. Соль при нагревании разложилась, в результате образовался растворимый желтый хромат калия К2СrО4, зеленый оксид хрома (III) и кислород:

2K2Cr2O7 => 2K2CrO4 + Cr2O3 + 3/2O2.

Благодаря своей склонности к выделению кислорода бихромат калия является сильным окислителем. Его смеси с углем, сахаром или серой энергично воспламеняются при соприкосновении с пламенем горелки, но не дают взрыва; после сгорания образуется объемистый слой зеленой - благодаря присутствию оксида хрома (III) - золы. (Осторожно! Сжигать не более 3-5 г на фарфоровом черепке, иначе горячий расплав может начать разбрызгиваться. Держать расстояние и надеть защитные очки!) Соскребем золу, отмоем ее водой от хромата калия и высушим оставшийся оксид хрома.

Приготовим смесь, состоящую из равных частей калийной селитры (нитрата калия) и кальцинированной соды, добавим ее к оксиду хрома в соотношении 1 : 3 и расплавим полученный состав на черепке или на магнезиевой палочке. Растворив остывший расплав в воде, получим желтый раствор, содержащий хромат натрия. Таким образом, расплавленная селитра окислила трехвалентный хром до шестивалентного. С помощью сплавления с содой и селитрой можно перевести все соединения хрома в хроматы.

Для следующего опыта растворим 3 г порошкообразного бихромата калия в 50 мл воды. К одной части раствора добавим немного карбоната калия (поташа). Он растворится с выделением CO2, а окраска раствора станет светло-желтой. Из бихромата калия образуется хромат. Если теперь по порциям добавить 50 %-ный раствор серной кислоты (Осторожно!), то снова появится красно-желтая окраска бихромата.

Нальем в пробирку 5 мл раствора бихромата калия, прокипятим с 3 мл концентрированной соляной кислоты под тягой или на открытом воздухе. Из раствора выделяется желто-зеленый ядовитый газообразный хлор, потому что хромат окислит НСl до хлора и воды. Сам хромат превратится в зеленый хлорид трехвалентного хрома. Его можно выделить выпариванием раствора, а потом, сплавив с содой и селитрой, перевести в хромат.

В другой пробирке осторожно добавим к бихромату калия (в количестве, умещающемся на кончике ножа) 1-2 мл концентрированной серной кислоты. (Осторожно! Смесь может разбрызгиваться! Надеть защитные очки!) Смесь сильно нагреем, в результате выделится коричневато-желтый оксид шестивалентного хрома СrO3, который плохо растворяется в кислотах и хорошо в воде. Это ангидрид хромовой кислоты, однако иногда как раз его называют хромовой кислотой. Он является сильнейшим окислителем. Смесь его с серной кислотой (хромовая смесь) используется для обезжиривания, так как жиры и другие трудно устранимые загрязнения переводятся в растворимые соединения. бихромат калия производство схема

Внимание! Работать с хромовой смесью надо чрезвычайно осторожно! При разбрызгивании она может вызвать тяжелые ожоги! Поэтому в наших экспериментах откажемся от применения ее в качестве средства для очистки.

Наконец, рассмотрим реакции обнаружения шестивалентного хрома. Поместим в пробирку несколько капель раствора бихромата калия, разбавим его водой и проведем следующие реакции.

При добавлении раствора нитрата свинца (Осторожно! Яд!) выпадает желтый хромат свинца (хромовый желтый); при взаимодействии с раствором нитрата серебра образуется красно-коричневый осадок хромата серебра.

Добавим пероксид водорода (правильно хранившийся) и подкислим раствор серной кислотой. Раствор приобретет глубокий синий цвет благодаря образованию пероксида хрома. Пероксид при взбалтывании с некоторым количеством эфира (Осторожно! Опасность воспламенения!) перейдет в органический растворитель и окрасит его в голубой цвет.

Последняя реакция специфична для хрома и очень чувствительна. С ее помощью можно обнаружить хром в металлах и сплавах. Прежде всего необходимо растворить металл. Но, например, азотная кислота не разрушает хром, как мы можем легко убедиться, используя кусочки поврежденного хромового покрытия. При длительном кипячении с 30 %-ной серной кислотой (можно добавить соляную кислоту) хром и многие хромсодержащие стали частично растворяются. Полученный раствор содержит сульфат хрома (III). Чтобы можно было провести реакцию обнаружения, сначала нейтрализуем его едким натром. В осадок выпадет серо-зеленый гидроксид хрома (III), который растворится в избытке NaOH и образует зеленый хромит натрия. Профильтруем раствор и добавим 30 %-ный пероксид водорода (Осторожно! Яд!). При нагревании раствор окрасится в желтый цвет, так как хромит окислится до хромата. Подкисление приведет к появлению голубой окраски раствора. Окрашенное соединение можно экстрагировать, встряхивая с эфиром. Вместо описанного выше способа можно тонкие опилки металлической пробы сплавить с содой и селитрой, промыть и отфильтрованный раствор испытать пероксидом водорода и серной кислотой. Наконец, проведем пробу с перлом. Следы соединения хрома дают с бурой яркую зеленую окраску.

Калиевый хромпик может быть получен путем поташного вскрытия хромитов, т. е. аналогично натриевому хромпику, но с применением поташа взамен соды. Этот способ в настоящее время не применяется, так как рациональнее пользоваться более дешевыми источниками калия, чем поташ, а именно хлоридом или сульфатом калия, получая калиевый хромпик обменным разложением этих калиевых солей с бихроматом натрия по реакциям:

Na2Cr207 + 2КС1 = К2Сг207 + 2NaCl

Na2Cr207+ K2S04 = K2Cr207 + Na2SO,

Поташный способ вскрытия хромитов может, однако, найти применение в сочетании с травкой хромата угольной кислотой с возвратом поташа в шихту, по схеме:

4К2СОз + 2(FeO * Сг203) + 3,502 = 4K2Cr04 + Fe203 + 4COj

4K2Cr04 + 4С02 + 2НаО = 4КНС03 + 2К2Сг2От

4КНСОа = 2К2С03 + 2Н20 + 2С02

1.1. Характеристика вещества

Таблица: 1.

Технические характеристики

Наименование показателя	Норма для сорта
	Высший	Первый
1. Внешний вид	Неслеживающиеся кристаллы оранжево-красного цвета
2. Массовая доля бихромата калия (K2Cr2O7), %, не менее	99.7	99.7
3. Массовая доля сульфатов в пересчете на SO42-, %, не более	0.02	0.05
4. Массовая доля хлоридов в пересчете на Cl-, %, не более	0.07	0.1
5. Массовая доля не растворимого в воде остатка, %, не более	0.03	0.1
6. Массовая доля влаги, %, не более	0.03	0.05

Свойства:

Оранжево-красные безводные кристаллы триклинной системы в виде игл или пластинок, пл. 2,684 г/см³. Реактив растворим в воде (11,1% при 20 °С), нерастворим в этиловом спирте. Желто-красный раствор К₂Сr₂O₇ слабо окрашивает лакмусовую бумагу в красный цвет. При кипячении раствор приобретает интенсивную темно-красную окраску. При 398 °С К₂Сr₂О₇ плавится в темно-коричневую жидкость, застывающую при охлаждении в кристаллическую массу. Выше 500 °С разлагается на Сr₂О₃, О₂ и К₂СrО₄.

Калий двухромовокислый вредно действует на организм человека, разрушая кожные покровы, дыхательные пути и хрящевые ткани.

1.2 Сырье для производства вещества

Бихромат натрия - в виде концентрированных растворов, которые должны содержать не менее 925 г/л, быть нейтральными по индикатору конго красный и прозрачными на вид (содержание нерастворимого остатка - не более 0,3 г/л). Примерный состав (среднегодовые данные), в %: NC- 68.4, - 0.3, - 0.9, O - 30.4.

Хлорид калия. Белый мелкокристаллический порошок, слабо гигроскопичный, склонный к слеживанию. Плотность 1,988 г/с; с плава.776; растворимость в воде: 34,35% при 20, 45,6% при 60 и 56,20% при 100. Применяется продукт второго сорта марки К, который должен содержать (ГОСТ 4568 - 65): не менее 95,0% (60,0% ), не более 4,5% , в пересчете на сухое вещество, и не более 1,0% влаги. Перевозите навалом. Технологически возможно применение, вместо хлорида калия, сильвинита, т.е. смеси и . Кроме основных видов сырья, применяются серная кислота - башенная или контактная техническая - и хлорная известь или гипохлорит кальция.

Калия дихромат.

(Хромпик) К ₂ Сr₂ О ₇, оранжевые кристаллы; до 257 °С устойчива модификация с триклинной решеткой ( а =0,750 нм, b= 0,738 нм, с= 1,340 нм, a = 82,0°, b = 96,21°, g = 90,90°, z = 4), выше 257 °С - с моноклинной (а= 0,747 нм, b= 0,735 нм, с = 1,297 нм, b = 91,91°, z= 4); DH⁰ полиморфного перехода 1,53 кДж/моль; т. пл. 396 °С, выше 500 °С разлагается на К ₂ СrO₄, Сr₂ О ₃ и О ₂; плотность 2,69 г/см ³; С ⁰_p219,7 Дж/(моль. К); DH⁰ _пл 36,8 кДж/моль, DH⁰ _обр-2061,9 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 291 Дж/(моль. К). Растворимость в воде (г в 100 г): 4,6 (0 °С), 15,1 (25 °С), 37,7 (50 °С). В этаноле раствор незначительно. Образует эвтектику Н ₂ О - К ₂ Сr₂ О ₇ (4,30% по массе) с т. пл. Ч 0,63 °С. Т. кип. насыщенного водного раствора (52% по массе К. д.) 104,8 °С. Водный раствор имеет кислую р-цию:

Сr₂O₇^2- + 3Н ₂O D 2CrO₄^2- + 2Н ₃ О ⁺.

К. д. - сильный окислитель. В кислой среде восстанавливается до [Сr(Н ₂ О)₆)³⁺ ; при нагревании смеси К. д. и S образуются K₂SO₄ и Сr₂ О ₃. При действии 6 М галогеноводородных к-т на К. д. образуются триоксогалогенохроматы К[СrХО ₃], где X = Сl, Вr, I, которые при нагревании или увеличении концентрации НХ выделяют галогены; К[СrСlО ₃] дает СrO₂ Сl₂. К. д. взаимодействие с концентрацией НСlO₄, H₂SO₄ и HNO₃, давая полихроматы (К ₂ Сr₃ О ₁₀, К ₂ Сr₄O₁₃ и др.). При нагревании смеси К ₂ Сr₂ О ₇ и КСl с концентрация H₂SO₄ образуется СrO₂ Сl₂. Из растворов, содержащих К. д. и Н ₂ О ₂, м. б. выделены легко взрывающиеся фиолетово-голубые кристаллы К[Сr(ОН)О(О ₂)₂].Н ₂ О. В разб. подкисленных р-рах К. д., Н ₂ О ₂ и некоторых органических веществ образуется синий пероксид [Cr(L)O(O₂)₂], где L - эфир, пиридини др. Получают К. д.: обменной р-цией в растворере Na₂Cr₂O₇ с КСl, при нагревании до 1000-1300 °С смеси (Cr₂Fe)O₄ и К ₂ СО₃ на воздухе с послед. выщелачиванием охлажденного расплава К ₂ Сr₂ О ₇ водой; выпариванием водного р-ра, содержащего эквимолярные кол-ва К ₂ СО ₃ (или КОН) и СrO₃. К. д. - дубитель в кожевенной пром-сти; протрава в производстве красителей, компонент составов для головок спичек, пиротехнических составов; компонент сухих электролитов; ингибитор коррозии металлов и сплавов; протрава для семян; реагент в хроматометрии. Хромовую смесь К. д. и конц. H₂SO₄, используют для мытья хим. посуды. К. д. высокотоксичен; брызги его раствора разрушают кожные покровы, дыхательные пути и хрящевые ткани; ПДК 0,01 мг/м ³

1.3 Физико-химические основы производства

Современный хлоридный процесс обменного разложения обычно выражают уравнением реакции:

NC+2KCl =C+2 (1)

В будущем, при организации крупного производства сульфата калия, может оказаться целесообразным обменное разложение согласно уравнению:

C+ =C+ (2)

Сульфатный способ по сравнению с хлоридным имеет то преимущество, что в нем в качестве отхода получается не отбросный продукт, а имеющий не в четырехкомпонентной системе, выражаемой уравнением (1)или (2), а в пятикомпонентной взаимной системе

.

Это вызвано наличием в исходном растворе бихромата натрия, которые накапливаются в оборотном растворе в результате цикличности производства. Таким образом, теоретической основой процесса обменного разложения являются равновесия, существующие в пятикомпонентной системе

.

Эта система, а также четверная взаимная система

изучены при 25 и 98 в УНИХИМ Л.А.Боровских и Я.Е. Вильнянским. Приведем пример квадратных диаграмм растворимости четверной хлоридной системы при 25 (рис. 1) и 100 (рис. 2) и четверной сульфатной системы при 25 (рис. 3)и 98 (рис. 4).

Рис. 1 Изотерма системы C+2 =C+2 при 25.

Состав солевой части жидкой фазы на диаграммах выражен в молекулярных (ионных) процентах; содержание воды в моль на 100 моль солей, видно по изогидратам. Из диаграмм хлоридной системы видно, что стабильной парой солей в системе является C и . Наибольшим полем кристаллизации и, следовательно, наименьшей растворимостью, как при 100 так и особенно при 25, обладает C. Сульфатная система осложнена образованием твердых растворов глазерита и После этих твердых растворов занимает, особенно при 98 , большую часть диаграммы.

Циклический процесс производства C обменным разложением должен удовлетворять следующим требованиям:

1) отсутствие совместного выпадения C и натриевой соли; 2) получение достаточно крупных, хорошо фильтруемых и отмываемых кристаллов.3) высокая производительность цикла, т.е высокий съем кристаллов с единицы веса или объема оборачивающихся в цикле растворов; 4) минимальное удельное количество выпариваемой воды.

Рис. 2. Изотерма системы C+2 =C+2 при 100.

На основе диаграмм растворимости расчеты циклов хлоридной и сульфатной систем. Сравнение полученных результатов показывает, что в циклах с большим выходом Cприходится нередко выпаривать больше воды. Поэтому выбор оптимального цикла необходимо производить на основании технико-экономического расчета с учетом конкретных условий. На рисунке 63 показано построение примера циклов в хлоридной системе. В качестве примера рассмотрим построение цикла Е-G-H-E.

Насыщенный бихроматом калия и хлоридом натрия Е охлаждают от 100 до 25. Кристаллизацию C доводят до точки G, немного не доходящей до изотермы 25, во избежание выпадения и загрязнения им бихромата калия. Отделяют кристаллы бихромата от маточного раствора, нагревают последний и выпаривают до 100 до достижения точки Н. При этом выпадает . Точка Н находится как пересечение луча кристаллизации 2-L с прямой AE. Выход C за цикл определяется графически: если провести прямую , параллельную прямой G-, то отрезок дает прямо выход C-0,242 г-экв или отрицательный выход 46,1%. Количество выпариваемой воды на 1 кг C составляет, по данным графоаналитического расчета, 1,80 ат.

Аналитический расчет цикла K-G-L-K, отличающегося от предыдущего цикла тем, что из оборотного раствора отделяют выпавший перед смешением с исходными реагентами, дает более высокий выход C за цикл, а именно, 0,346 илии несколько большее количество выпариваемой воды.

Из диаграммы (рис. 3) видно, что оптимальным по выходу кристаллов за один цикл является проведение процесса на стабильной диагонали: именно на этой диагонали отношение расстояния между изотермами 100 и 25 к длине луча кристаллизации, соответствующее выходу кристаллического продукта, является максимальным.



Рис. 3. Диаграмма растворимости четырехкомпонентной системы C+ =C+ при 25.

Рис. 4. Диаграмма растворимости четырехкомпонентной системы C+ =C+ при 98.

Исходя из этого обстоятельства, Я. Е. Вильнянский и З. С. Банных разработали относительно простой метод графического расчета процесса обменного разложения. Стабильной паре солей трехкомпонентная система

C.

Для изображения ее использован прямоугольный треугольник, в котором составы изображаются в весовых процентах и расчеты изменения фазового состава производятся по правилу рычага.

В пятикомпонентной взаимной системе

диаграммы растворимости сложны и затруднительны для графоаналитических расчетов. По диаграммам растворимости пятерной системы в работе определено влияние на обменное разложение с . Найдено, что при содержании в системе более 14% от суммы анионов + условия процесса значительно ухудшаются. При большом содержании снижается выход C за цикл, возможно загрязнение продукта глазеритом и возможны потери калия в виде глазерита с хлоридом и сульфатом натрия.

1.4 Принципиальная схема

Стадии процесса производства.

Здесь дана принципиальная технологическая схема производства бихромата калия методом обменного разложения. Стадии процесса производства.

Обменное разложение бихромата натрия хлоридом калия (в горячем растворе):

C+2 = C+2 (1)

После операции обменного разложения раствор дотравливают серной кислотой для перевода имеющегося небольшого количества хромата натрия в бихромат, осветляют (окисляют хроми-хроматы) хлорной известью или гипохлоритом кальция и отстаивают выпавший .

· Определение хлорида натрия.

· Кристаллизация бихромата калия охлаждением раствора со 100-105 до 30-30.

· Определение кристаллов бихромата калия.

· Сушка кристаллов бихромата калия.

· Концентрирование маточного раствора и промывных вод.

Пооперационная схема производства бихромата калия

Рис. 5. Упаренный оборотный раствор возвращают на стадию обменного разложения.



Рис. 6. Аппаратурно-технологическая схема производства C: 1-грейферный кран; 2,23-бункеры; 3,25,33-шнеки; 4-автовесы; 5,9-приемные баки; 6-растворитель; 7-промежуточный бак; 8-бак-репульпатор; 10-расходный бак; 11,14,19-баки-питатели; 12,20-центрифуги; 13-теплообменник; 15-конденсатор трубчатый; 16-ловушка; 17-вакуум-кристаллизатор; 18-паро-эжекторный блок; 21-сборник маточных растворов; 22-элеватор; 24-тарельчатый питатель; 26-циркуляционный бак; 27-барабанная сушилка; 28-скруббер; 29-бак предварительного нагрева; 30-питатель вакуум-выпарной установки; 31- вакуум-выпарная установка; 32-паровой и электрический калориферы; 34-промежуточный сборник.

В аппарат 4 задают оборотный раствор из сборника 33 и упаривают до концентрации 190-210 г/л . (Концентрирование оборотного раствора можно производить и в отдельном вакуум-выпарном аппарате). К этому раствору добавляют раствор бихромата натрия из расходного бака 3 в таком количестве, чтобы концентрация в смешанном растворе достигла 260-280 г/л. Раствор нагревают примерно до 105 и в него вводят хлорид калия в количестве, необходимом для перевода бихромата натрия в бихромат калия. Затем раствор обрабатывают хлорной известью или гипохлоритом кальция с целью осветления, и ему дают отстояться от кристаллов .

Отстоявшийся раствор спускают из аппарата 4 в сборник 6,куда предварительно задано небольшое количество «скрубберной воды» для снижения концентрации и предотвращения его выпадения при кристаллизации бихромата калия. Из сборника 6раствор откачивают через питательный бак 12 в охлаждаемый водой барабанный вращающийся кристаллизатор 7. Суспензия кристаллов C в маточном растворе поступает через приемный бак 8 и питательный бак 10 на центрифугу 11. Отфугованный и промытый холодной водой бихромат калия передают элеватором 13 в бункер 14, а маточный раствор в промывную воду направляют через сборники 15 и 33 на обменное разложение. Оборотный раствор возможно очистить от нерастворимых примесей, пропуская через фильтрпресс 29.

Из бункера 14 кристаллы сырого бихромата калия поступают через тарельчатый питатель 16 и шнек 17 в барабанную сушилку 18, обогреваемую воздухом, подогретом в паровом калорифе 20. Сухой бихромат калия упаковывают в железные барабаны. Отсасываемый из сушильного барабана воздух очищают от бихроматной пыли в скруббере 22, орошаемом слабым бихроматным раствором в замкнутом цикле.

Осадок, остающийся в аппарате 4 после спуска осветленного раствора состоящий в основном из хлорида натрия, репульпируют оборотным раствором и откачивают через питательный бак 26 на центрифугу 27. Отжатый осадок промывают оборотной водой, содержащей 3-5 г/л , из бака 25. Промытый осадок репульпируют оборотной водой в репульпаторе 28 и откачивают в отстойный пруд, а маточный раствор и промывную воду направляют через сборники 31 и 33 на обменное разложение. При необходимости оборотный раствор дотравливают серной кислотой из бака 32.

Отдельные стадий производства. Обменное разложение.

Аппарат обменного разложения представляет собой стальной цилиндрический бак с коническим дном (D = 2,5; = 2,5 м; V = 13 ), снабженный рамной (n = 30 об/мин) или пропеллерной мешалкой и паровым змеевиком (Р = 14 ). Аппарат должен быть хорошо теплоизолирован. Ранее процесс обменного разложения проводили периодически. Перевод на непрерывную работу повысил в несколько раз производительность аппарата. Концентрацию раствора поддерживают 260-280 г/л (регулировка подачей оборотного раствора). вводят из расчета=75% от веса в растворе C

При содержании 260-280 г/л в растворе, поступающем на кристаллизацию, после охлаждения eгo до 30 выпадают кристаллы C 240-270 или 160-180 г/л в пересчете на , т. е. 636%, что является оптимальным. Уменьшение концентрации < 260 г/л влечет за собой снижение производительности аппаратуры, а увеличение концентрации >280 г/л ведет к образованию большого количества «муки», т. е. мелких кристаллов, что ухудшает фильтруемость и их отмывку от . Количество корректируют, если необходимо, по результатам контрольной пробы на «выпадение».

Процесс обменного разложения автоматизирован: автоматически регулируются заполнение баковой аппаратуры и бункера , расход растворов и , концентрация и температура (105-110 ).

Отделение . Раствор из аппарата обменного разложения направляют через промежуточный и питательный бак в центрифугу типа AГ-1800. Отжатый осадок промывают оборотной водой, нaгpeтой до температуры не менее 70 .

Промытый осадок содержит (среднегодовые данные, %): 0,4; 82,583,5; 8,911,9; 4,77,0, нерастворимого остатка - 0,410,55, влаги - 3,154,30. Осадок репульпируют оборотной водой и перекачивают в отстойный прудоборотного цикла. Промывную воду, содержащую 40-70 г/л, 90-120 г/л, 5-10 г/л и 0,2-0,8 г/л нерастворимого остатка, смешивают с маточным раствором 11 направляют после упарки в вакуум-аппарате типа ВНЦ-9 на обменное разложение.

Кристаллизация бихромата калия

Бихромат калия кристаллизуют при охлаждении раствора до 35-40 . Ранее применяли вращающиеся барабанные кристаллизаторы с водяным охлаждением. Более эффективным оказались вакуум-кристаллизаторы.

Схема вакуум-кристаллизационной установки показана на рис. 6. Вакуум-кристаллизатор 8, типа, состоит из стального корпуса 1 (D = 0,6 м, Н = 6,6 м), соединенного верхней конической частью с сепаратором-испарителем 4

(D =1,2 м, Н = 1,7 м). Внутри корпуса установлена циркуляционная труба 3 (D = 0,27 м, Н = 6 м). Кристаллизатор соединен верхним штуцером с поверхностным конденсатором cоковогo пара 10 (Р = 37), а последний с трехступенчатым пароэжекторным блоком (поверхность конденсатора 1; общий расход пара 110 кг/ч.), создающим в сепараторе вакуум 710-720 мм рт. ст. Раствор после обменного разложения подают из питающего бака 7 (в нем острым паром автоматически поддерживают температуру 100-105 ) циркуляционным насосом 9 через сопло (D = 40 мм) в низ циркуляционной трубы вакуум-кристаллизатора. Сопло и нижняя часть трубы действуют как струйный нaсосэжектор. Благодаря смешению со значительным количеством уже охлажденного маточного раствора и интенсивной циркуляции уменьшается пересыщение раствора, что устраняет образование мелких кристаллов и инкрустацию внутренних поверхностей аппарата. Этим рассматриваемый аппарат выгодно отличается от обычных вакуум-кристаллизаторов и барабанного кристаллизатора.

В сепараторе раствор охлаждается до 35. Охлажденная суспензия спускается вниз по кольцевому пространству между корпусом и циркуляционной трубой. Во избежание выпадения соковый пар конденсируют в поверхностном конденсаторе и конденсат возвращают обратно.



Рис. 7. Технологическая схема вакуум-кристаллизационной аппаратуры: 1-корпус кристаллизатора; 2-пульпоотводящая линия; 3-центральная труба; 4- сепаратор; 5- отбойник; 6-брызгало; 7-питающий бак; 8-вакуум-кристаллизатор с принудительной циркуляцией; 9-циркуляционный насос; 10-поверхностный конденсатор; 11-13-трехступенчатый пароэжекторный блок для создания глубокого вакуума; 14-центробежный насос для откачки пульпы в центрифугу; 15-гидрозатвор. I-раствор; II-пар; III-вода; IV-конденсат; V-несконденсированные газы; VI-автоматический клапан; VII-термометр; VIII-вакуумметр; IX-манометр.

Часть eгo используют для отмывания стенок сепаратора с целью предотвращения обрастания их кристаллами. Подача раствора в вакуумкристаллизатор автоматизирована в зависимости от температуры циркулирующего раствора. Производительность вакуум-кристаллизатора составляет 0,76 т C в 1 ч.

В последнее время внедрены в промышленность несколько модифицированные циркуляционные вакуум-кристаллизаторы.

Они снабжены дополнительным циркуляционным контуром, увеличивающим степень смешения питающего и маточного раствора и тем самым снижающим пересыщение при кристаллизации, что полностью устраняет инкрустацию внутренних стенок сепаратора. Промышленный аппарат с габаритами (в м): сепаратора De=16; Не=1,5, циркуляционной трубы = 0,31, = 8,5 (общая высота аппарата 12,3), имеет производительность 10-12 /ч по питающему раствору и 2100-2500 кг/ч по кристаллическому продукту. Размер кристаллов равен 0,5 мм (в барабанных кристаллизаторах 0,20 мм). Приведены результаты промышленных испытаний кристаллизатора с псевдоожиженным слоем. Аппарат позволяет получать более крупные и прочные кристаллы, чем в вакуум-кристаллизаторе. Однако в нем требовалась частая (через каждые 6-12 ч работы) промывка трубок теплообменника горячим конденсатом от отложений кристаллов. Помимо описанных, исследованы для кристаллизации C: барабанные кристаллизаторы с воздушным охлаждением; каскад кристаллизаторов с мешалкой и водяной рубашкой и барботажный кристаллизатор с охлаждением.

Отделение кристаллов бихромата калия и их сушка.

Отделение кристаллов Cот маточного раствора производят на центрифуге типа AГ-1800. Промывку кристаллов на центрифуге ведут холодной водой (растворимость C значительно уменьшается с понижением температуры). Примерный состав промывной воды и маточного раствора (в г/л):

Таблица: 2.

	Промывная вода	Маточный раствор
	50-90	100-150
	50-145	150-245
	3-5	30-40
Нерастворимый остаток	0,1	0,3

Упаренный оборотный раствор содержит (в г/л): 150180, 140240, 4060. Влажность отфугованных кристаллов не более 5%.

Кристаллы Cсушат в противоточной вращающейся барабанной сушилке (D = 2,2 м, L = 14 м, наклон , n= 6 об/мин) горячим воздухом, нагретым до 220-300в паровом и электро-калориферах. Для повышения эффективности сушки внутри барабана установлены насадки. Воздух, уходящий из сушильного

барабана, очищают от увлеченной пыли в скруббере (D = 1,84 м, Н = 4 м), насаженном двумя слоями колец Рашига (50 Х 50 мм) высотой по 0,5 м и орошаемом в замкнутом цикле оборотной водой. По достижении концентрации 50-80 г/л скрубберную воду передают на разбавление растворов перед кристаллизацией.

2. Утилизация и ликвидация отходов производства

В процессе производства образуется большое количество отходов, которые при соответствующей обработке могут быть вновь использованы как сырье для производства промышленной продукции. В будущем большая доля потребностей в сырье будет восполняться продуктами переработки отходов промышленного производства.

Все виды промышленных отходов делятся на твердые и жидкие. К твердым отходам относятся отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыли минерального и органического происхождения от очистных сооружений в системах очистки газовых выбросов промышленных предприятий, а также промышленный мусор, состоящий из различных органических и минеральных веществ: резины, бумаги, тканей, песка, шлака и т. п. К жидким отходам относятся осадки сточных вод после их обработки, а также шламы пылей минерального, и органического происхождения в системах мокрой очистки газов.

Для полного использования отходов в качестве вторичного сырья разработана их промышленная классификация, которая подразделяет, например, лом и отходы металлов по физическим признакам на классы, по химическому составу - на группы и марки, по показателям качества.

Отход производства C, состоящий в основном из , пока является отбросным. Исследования показали возможность применения отхода, место природной поваренной соли для осаждения из производства суперфосфата. Экономичность этого процесса, однако, сомнительна вследствие территориальной разобщенности производства бихромата калия и суперфосфата и дешевизны поваренной соли. Отход, содержащий 12% C, 33-49% и 50-65% , применяли в ЧССР в керамической и стекольной промышленности.

3. Техника безопасности

Калия бихромат технический пожаро- и взрывобезопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 1-го класса опасности.

Основные свойства и виды опасности

Основные свойства	Неслеживающиеся кристаллы оранжево-красного цвета. Нелетучи, растворимы в воде. Сильный окислитель. Загрязняет водоемы.
Взрыво- и пожароопасность	Негорюч. Пожаро- и взрывобезопасен. Воспламеняют горючие вещества. При нагревании и детонации возможно разложение со взрывом. При нагревании разлагается с образованием кислорода, способствующего как возникновению горения, так и быстрому развитию пожара.
Опасность для человека	Аэрозоль и пыль соединений шестивалентного хрома, поступающие в организм, могут вызвать тяжелые отравления. При длительном воздействии соединения шестивалентного хрома оказывают общетоксическое действие, вызывая заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и кожи. Соединения шестивалентного хрома действуют раздражающе на кожу и слизистые оболочки глаз и носа. Попадание на кожу соединений шестивалентного хрома ведет к образованию трудно заживающих язв. Химический ожог. При пожаре и взрывах возможны ожоги и травмы.
Средства индивидуальной защиты	Изолирующий защитный костюм КИХ-5 в комплекте с изолирующим противогазом ИП-4М. При возгорании - огнезащитный костюм в комплекте с самоспасателем СПИ-20. При малых концентрациях в воздухе (при повышении ПДК до 100 раз) - спецодежда, промышленный противогаз. Маслобензостойкие перчатки, специальная обувь. Респираторы типа ШБ-1 «Лепесток» и У-2К, защитные очки, спецодежда, спецобувь, средства защиты рук.

Необходимые действия в аварийных ситуациях

Общего характера	Отвести вагон в безопасное место. Изолировать опасную зону в радиусе не менее 800 м. Откорректировать указанное расстояние по результатам химразведки. Удалить посторонних. В опасную зону входить в защитных средствах. Не курить. Устранить источники огня и искр. Пострадавшим оказать первую помощь.
При утечке, разливе и россыпи	Сообщить в ЦСЭН. Не прикасаться к просыпанному веществу. Просыпания оградить земляным валом, собрать в емкости. Не допускать попадания вещества в водоемы, подвалы, канализацию. Не допускать контакта с нефтепродуктами и другими горючими материалами.
При пожаре	Тушить горючие смеси тонкораспыленной водой со смачивателями, пенами, порошками с максимального расстояния.
Нейтрализация	Просыпания собрать и отправить для утилизации с соблюдением мер пожарной безопасности. Место россыпи изолировать песком, промыть большим количеством воды. Не допускать соприкосновения вещества, промывных вод с нефтепродуктами и другими горючими материалами. Поверхность подвижного состава промыть большим количеством воды, моющими композициями.
Меры первой помощи	Вызвать скорую помощь. Свежий воздух, покой, тепло, предохранение от переохлаждения, чистая одежда. Глаза и кожу обильно промыть водой в течение 15-20 минут. Обильное питье воды, молока. Вызвать рвоту. Затем дать яичное молоко (4-5 сырых яйца на 0,5 л молока), жженую магнезию или активированный уголь (по 2 столовых ложки).

Вывод

В этой работе я рассмотрел полный процесс производства бихромата калия. Его технологическую схему, стадии производства, физико-химические основы и т.д.

Высший сорт: C не менее 99,7%, хлориды () не более 0,07%, сульфаты ()не более 0,02%, влага не более 0,05%, нерастворимый в воде остаток не более 0,03%.

I сорт : C не менее 99,3%, хлориды () не более 0,2%, сульфаты ()не более 0,08%, влага не более 0,1%, нерастворимый в воде остаток не более 0,1%.

Список литературы

1. Т. Д. Авербух и П. Г. Павлов-«Технология соединения хрома», издательство «Химия»1973 год. [стр.171-189]

2. Ушаков А.Г., Ушаков Г.В. Цинксодержащие отходы промышленных предприятий и некоторые направления их утилизации. Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Труды II Всерос. науч.-практ. конф. - Новокузнецк, 2006. - С. 181-183.

3. Общая химическая технология/Под ред. И.П. Мухленова-М.: Высш. Школа, 1984, 288 с.

4. Технология солей. издательство «Химия» 1944 год.

5. Авербух Т.Д., Павлов П.С. Технология соединений хрома. Л.: Химия, 1973. - 336 с

Размещено на Allbest.ru