تولید سود پرک به روش دیافراگم

هیدروکسید سدیم (NaOH) چیست؟

هیدروکسید سدیم (Na OH)، همچنین به عنوان لیمو یا سود سوزآور شناخته می شود، یک پایه فلزی سوزاننده است. سود سوزآور قلیایی به طور گسترده در بسیاری از صنایع، بیشتر به عنوان یک پایه شیمیایی قوی در ساخت خمیر و کاغذ، منسوجات، آب آشامیدنی و مواد شوینده استفاده می شود. تولید جهانی در سال 1998 حدود 45 میلیون تن بود. هیدروکسید سدیم همچنین رایج‌ترین پایه‌ای است که در آزمایشگاه‌های شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد و قادر است تعداد زیادی کاتیون را آزمایش کند (به آن تجزیه و تحلیل معدنی کیفی گفته می‌شود) و همچنین برای برخی از واکنش‌هایی که به آن نیاز دارند، مانند بیورت، محیط‌های قلیایی ارائه می‌دهد.

خواص عمومی سود پرک

هیدروکسید سدیم خالص یک جامد سفید رنگ است که به صورت گلوله، پولک، گرانول و همچنین محلول 50 درصد اشباع موجود است. این دمنوش است و همچنین به راحتی دی اکسید کربن را از هوا جذب می کند، بنابراین باید در یک ظرف در بسته نگهداری شود. با آزاد شدن گرما در آب بسیار محلول است. همچنین در اتانول و متانول حل می شود، اگرچه در این حلال ها حلالیت کمتری نسبت به هیدروکسید پتاسیم نشان می دهد. در اتر و سایر حلال های غیر قطبی نامحلول است. محلول هیدروکسید سدیم یک لکه زرد روی پارچه و کاغذ باقی می گذارد.

خواص شیمیایی هیدروکسید سدیم

هیدروکسید سدیم کاملاً یونی است و حاوی یون‌های سدیم و یون‌های هیدروکسید است. یون هیدروکسید هیدروکسید سدیم را به یک باز قوی تبدیل می کند که با اسیدها واکنش نشان می دهد و آب تشکیل می دهد و نمک های مربوطه، به عنوان مثال، با اسید هیدروکلریک، کلرید سدیم تشکیل می شود:

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

به طور کلی چنین واکنش های خنثی سازی با یک معادله یونی خالص ساده نشان داده می شود:

OH−(aq) + H+(aq) → H2O

این نوع واکنش با استفاده از اسید قوی گرما را آزاد می کند. چنین واکنش‌های اسید-بازی را می‌توان برای تیتراسیون نیز استفاده کرد و در واقع این یک روش معمول برای اندازه‌گیری غلظت اسیدها است. مربوط به این واکنش هیدروکسید سدیم با اکسیدهای اسیدی است. واکنش دی اکسید کربن قبلا ذکر شد، اما سایر اکسیدهای اسیدی مانند دی اکسید گوگرد (SO2) نیز به طور کامل واکنش نشان می دهند. چنین واکنش هایی اغلب برای پاک کردن گازهای اسیدی مضر (مانند SO2 و H2S) و جلوگیری از انتشار آنها در جو استفاده می شود.

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

هیدروکسید سدیم به آرامی با شیشه واکنش می دهد و سیلیکات سدیم را تشکیل می دهد، بنابراین اتصالات شیشه ای و شیرهای متوقف کننده در معرض NaOH تمایل به “یخ زدن” دارند. فلاسک ها و راکتورهای شیمیایی با روکش شیشه ای در اثر قرار گرفتن طولانی مدت در معرض هیدروکسید سدیم داغ آسیب می بینند و شیشه یخ زده می شود. هیدروکسید سدیم به آهن یا مس حمله نمی کند، اما بسیاری از فلزات دیگر مانند آلومینیوم، روی و تیتانیوم به سرعت مورد حمله قرار می گیرند. در سال 1986 یک تانکر جاده ای آلومینیومی در بریتانیا به اشتباه برای انتقال محلول هیدروکسید سدیم 25 درصد استفاده شد که باعث تحت فشار قرار دادن محتویات و آسیب به تانکر شد. به همین دلیل تابه های آلومینیومی را هرگز نباید با لیمو تمیز کرد.

2Al(s) + 6NaOH(aq) → 3H2(g) + 2Na3AlO3(aq)

بسیاری از غیر فلزات نیز با هیدروکسید سدیم واکنش داده و نمک می دهند. به عنوان مثال، فسفر هیپوفسفیت سدیم را تشکیل می دهد، در حالی که سیلیکون سیلیکات سدیم می دهد.

برخلاف NaOH، هیدروکسیدهای اکثر فلزات نامحلول هستند و بنابراین می توان از هیدروکسید سدیم برای رسوب هیدروکسیدهای فلزی استفاده کرد. یکی از این هیدروکسیدها، هیدروکسید آلومینیوم است که به عنوان یک لخته ژلاتینی برای فیلتر کردن ذرات معلق در تصفیه آب استفاده می شود. هیدروکسید آلومینیوم در تصفیه خانه از سولفات آلومینیوم با واکنش با NaOH تهیه می شود:

6NaOH(aq) + Al2(SO4)3(aq) → 2 Al(OH)3(s) + 3Na2SO4(aq)

هیدروکسید سدیم به آسانی با اسیدهای کربوکسیلیک واکنش می دهد تا نمک آنها را تشکیل دهد و حتی یک باز به اندازه کافی قوی برای تشکیل نمک با فنل ها است. NaOH همچنین می تواند برای هیدرولیز پایه استرها (همانطور که صابون سازی است)، آمیدها و آلکیل هالیدها استفاده شود. با این حال، حلالیت محدود NaOH در حلال های آلی به این معنی است که اغلب KOH محلول تر ترجیح داده می شود.

تولید سود پرک به روش دیافراگم

هیدروکسید سدیم (همراه با کلر و هیدروژن) از طریق فرآیند کلرآلکالی تولید می شود. این شامل الکترولیز محلول آبی کلرید سدیم است. هیدروکسید سدیم در کاتد تجمع می یابد، جایی که آب به گاز هیدروژن و یون هیدروکسید تبدیل می شود:

2Na+ + 2H2O + 2e− → H2 + 2NaOH

برای تولید NaOH لازم است از واکنش NaOH با کلر جلوگیری شود. این کار معمولاً به یکی از سه روش انجام می شود که از نظر اقتصادی، فرآیند سلول غشایی با صرفه ترین روش است.

• فرآیند سلول جیوه – فلز سدیم به عنوان یک آمالگام در کاتد جیوه تشکیل می شود. سپس این سدیم با آب واکنش داده و NaOH تولید می کند. نگرانی هایی در مورد انتشار جیوه وجود داشته است، اگرچه گیاهان مدرن ادعا می کنند که در این زمینه ایمن هستند.
• فرآیند سلول دیافراگمی – از یک کاتد فولادی استفاده می کند و از واکنش NaOH با Cl2 با استفاده از یک دیافراگم متخلخل جلوگیری می شود. در فرآیند سلول دیافراگمی، ناحیه آند توسط یک دیافراگم قابل نفوذ از ناحیه کاتد جدا می شود. آب نمک به محفظه آند وارد می شود و از طریق دیافراگم به محفظه کاتد جریان می یابد. آب نمک سوزاننده رقیق شده سلول را ترک می کند. سود سوزآور معمولاً باید تا 50 درصد غلیظ شود و نمک آن حذف شود. این کار با استفاده از فرآیند تبخیری با حدود سه تن بخار در هر تن سود سوزآور انجام می شود. نمک جدا شده از نمک سوزاننده را می توان برای اشباع آب نمک رقیق شده استفاده کرد. کلر حاوی اکسیژن است و اغلب باید با مایع شدن و تبخیر خالص شود.
• فرآیند سلول غشایی – مشابه فرآیند سلول دیافراگمی، با غشای Nafion برای جداسازی واکنش‌های کاتد و آند. فقط یون های سدیم و کمی آب از غشاء عبور می کنند. با کیفیت بالاتر NaOH تولید می کند. از بین سه فرآیند، فرآیند سلول غشایی به کمترین مصرف انرژی الکتریکی نیاز دارد و مقدار بخار مورد نیاز برای غلظت ماده سوزآور نسبتاً کم است (کمتر از یک تن در هر تن سود سوزآور).
  یک روش قدیمی‌تر برای تولید هیدروکسید سدیم، فرآیند LeBlanc بود که کربنات سدیم تولید می‌کرد و به دنبال آن بو دادن برای ایجاد دی‌اکسید کربن و اکسید سدیم انجام می‌شد. این روش هنوز هم گاهی اوقات استفاده می شود. این به ایجاد هیدروکسید سدیم به عنوان یک ماده شیمیایی مهم کمک کرد.