Лабораторная работа №2 по ОХТ
Каустификация содового раствора.
Каустификация содового раствора является основным промышленным способом получения едкого натра. Каустификация является гетерогенным некаталитическим процессом, протекающем при невысокой температуре.
Для производства едкого натра раствор кальцинированной соды обрабатывают известью или известковым молоком. В результате реакции образуется раствор едкого натра и осадок карбоната кальция:
Na2CO3 + Ca(OH)2 ⇄ CaCO3 + 2NaOH (1)
Кальцинированную соду получают декарбонизацией бикарбоната натрия путем разложения острым паром:
2 NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 – Q
Получение едкого натра является обратимым процессом, протекающим в кинетической области , в системе (Ж-Т).
Результат реакции (1) определяется равновесием в этой системе, направление и скорость реакции зависят от соотношения растворимостей наименее растворимых компонентов Ca ( OH )2 и CaCO 3 , т.е. от концентрации ионов OH - и CO 3 2- в растворе.
Константа равновесия обратимой реакции (1) равна:
[CaCO3]· [Na(O Н )]2
К = -- -------------------------------- .
[Ca(O Н )2]· [Na2CO3]
При каустификации в реакционной смеси присутствует твердая фаза гидроокиси и карбоната кальция, то величины [ CaCO 3 ] и [ Ca ( O Н)2] можно включать в формулу константы равновесия:
[ Ca ( O Н) 2 ] [ОН - ] 2
К = -- -------------- = ------------------- .
[ CaCO 3 ] [ CO 3 2- ]
Если выразить значения [ОН - ] 2 и [ CO 3 2- ] через произведения растворимостей соответствующих веществ, то можно получить значение константы равновесия в зависимости от растворимости гидроокиси и карбоната кальция:
|
|
|
ПР Ca ( O Н)2
К = -- -------------- .
ПР CaCO 3
Из последней формулы можно сделать вывод, что равновесие для данного случая определяется соотношением растворимости гидроокиси и карбоната кальция.
Основным способом повышения степени превращения Na 2 CO 3 в Na ( O Н) при равновесии является понижение концентрации Na 2 CO 3 в исходном содовом растворе. При этом в растворенном каустифицированном растворе понижается концентрация ионов CO 3 2- и возрастает соотношение [ОН - ] 2 : [ CO 3 2- ] и, соответственно, степень каустификации. Выбор оптимальной концентрации соды в исходном растворе производят как для повышения степени каустификации, так и для повышения концентрации полученного раствора Na ( O Н).
На практике применяют 2 – 3 нормальный раствор Na 2 CO 3 (10 – 15%-ный раствор Na 2 CO 3 ). В этом случае достигают степени каустификации около 90% и получают щелок, содержащий 100 – 120 г/дм3 Na ( O Н).
На производстве процесс проводят при температуре 80 – 1000С в реакторах каустицерах, снабженных мешалками, вращающимися со скоростью в 40 об/мин. Образующийся в процессе шлам, состоящий в основном из CaCO 3 для более полного извлечения едкого натра подвергают многоступенчатой противоточной промывке водой, который уплотняется, декантируется и выводится из нижней части реактора. Осветленный раствор сливается из верхней части декантера.
|
|
|
Цель работы: Осуществление процесса каустификации содового раствора в лабораторных условиях и экспериментально изучить влияние различных факторов на степень каустификации.
При выполнении работы устанавливается: 1) зависимость степени каустификации от концентрации соды в исходном растворе; 2) зависимость скорости каустификации от температуры. По результатам работы строятся кривые зависимости степени каустификации от времени при различных температурах.
Методика проведения работы.
Лабораторная установка состоит из термостатирующей бани, в которую погружен фарфоровый стакан с крышкой и мешалкой, предназначенный для проведения реакции. Термостат заполняется водой.
Для проведения эксперимента готовят исходный содовый раствор концентрацией 5 – 20 % весовых ( для нашего случая 20% весовых).
Концентрацию исходного раствора устанавливают аналитически титрованием. Для этого берут пипеткой 10 см3 раствора в коническую колбу, добавляют 40 -50 дистиллированной воды и две – три капли индикатора метилового оранжевого и титруют 1 нормальным раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Количество 1 н. HCl (cм.3), израсходованное на титрование, эквивалентно количеству Na 2 CO 3 .
|
|
|
В фарфоровый стакан – каустицер заливают 150 см3 исходного содового раствора и помещают каустицер в термостат, предварительно нагретый до температуры 50 ÷ 900С. Далее при перемешивании в каустицере небольшими порциями добавляют к содовому раствору известковое молоко, полученное гашением извести. Концентрация известкового молока должна быть около 330 г/л Ca ( O Н)2. Общее количество извести берут с избытком в 5 – 10% от теоретического количества Ca ( O Н)2 , рассчитанного по уравнению реакции (1). Каустификацию проводят в зависимости от задания 50 ÷ 90 минут. Температура каустификации задается в пределах 50 ÷ 900С. Во время эксперимента 2 – 3 раза проверяют температуру в каустицире. Перепад температур между термостатом и каустицером не должен превышать 3 – 5 0С.
В зависимости от задания проводят опыт при одной и той же концентрации содового раствора и при разных температурах или при одной температуре, но при разном составе исходных растворов.
|
|
|
По окончании эксперимента каустицер вынимают из термостата. Для определения степени каустификации отфильтровывают шлам, промывают осадок и определяют содержание Na ( O Н) и Na 2 CO 3 отдельно в фильтрате и в промывных водах. По окончании процесса отфильтровывают весь шлам, дают полностью стечь фильтрату, затем замеряют объем фильтрата и определяют в нем содержание Na ( O Н) и Na 2 CO 3 . Весь влажный осадок взвешивают на технических весах , затем берут навеску в 1-2 г. влажного осадка, помещают на фильтр и промывают водой до получения 100 – 150 см3 промывных вод. Измеряют объем полученных вод и определяют в них содержание Na ( O Н) и Na 2 CO 3, пересчитывая далее их а количество на массу всего осадка.
По полученным аналогичным данным рассчитывают степень каустификации для каждого опыта, а также выход едкого натра в процентах от теоретически возможного.
Затем изображают графически зависимости степени каустификации от температуры или концентрации исходного содового раствора.
Для получения данных о скорости каустификации отбирают во время опыта пробы жидкости через каждые 10 – 15 мин и определяют содержание Na ( O Н) и Na 2 CO 3. Отбор проб во время опыта производится пипеткой Мора емкостью 10 см3 на маленькую воронку с бумажным фильтром, помещенную в коническую колбу. Имея данные по изменению состава жидкости во времени при различных температурах, можно получить графическую зависимость скорости каустификации от температуры.
Ход анализов
-Анализ фильтрата и промывных вод после отделения CaCO 3 анализируются на содержание Na ( O Н) и Na 2 CO 3 методом осаждения карбоната хлоридом бария. По этому методу в одной пробе анализируемого раствора определяют общую щелочность (NaO Н + Na 2 CO 3 ) титрованием соляной кислотой в присутствии метилового оранжевого, а в другой пробе после осаждения Na 2 CO 3 хлоридом бария определяют Na ( O Н) титрованием HCl в присутствии фенолфталеина.
Анализ фильтрата после каустификации и отделения шлама выполняют в следующей последовательности: Замеряют объем фильтрата V , затем отбирают пробу 10 см3 фильтрата в коническую колбу. Добавляют в колбу 50 см3 воды, 2 – 3 капли метилового оранжевого и титруют 1 н. HCl до перехода желтой окраски в розовую. Количество 1 н. HCl в см3 ( V 1 ), израсходованное на титрование пробы, отвечает общей щелочности.
Для определения едкого натра другую пробу фильтрата (10 см3 ) переносят в коническую колбу, разбавляют водой до 50 см3 и прибавляют избыток хлорида бария (примерно 30 см3 10%-ного раствора[dfdfd1]
BaCl2). При этом образуется нерастворимый карбонат бария и гидроокись бария:
Na2CO3 + BaCl2 = 2 NaCl + Ba CO3
Na(O Н ) + BaCl2 = 2 NaCl + Ba (O Н )2
При дальнейшем титровании пробы соляной кислотой определяется количество ионов O Н - , эквивалентное первоначальному содержанию едкого натра в пробе. К пробе осаждения карбоната добавляют несколько капель фенолфталеина и титруют 1 н. раствором соляной кислоты.. Количество 1 н. HCl в см3 ( V 2 ), израсходованное на титрование пробы, отвечает содержанию Na ( O Н) в пробе.
Анализ промывных вод ведут также, как и в случае фильтрата, но для титрования используют 01 н. HCl . Замеряют объем промывных вод
( V 1 ), собирая их в мерную колбу, и отбирают две пробы по 20 см3 каждая для определения в одной щелочности, а в другой Na ( O Н).
Пример выполнения расчетов при определении показателей каустификации.
Пусть на титрование 10 см3 исходного раствора Na 2 CO 3 израсходовано 20 см3 1Н раствора HCl. Фактор 1 н. HCl (F – поправка к концентрации) составляет 1,01.
Тогда нормальность исходного раствора Na 2 CO 3 составит :
1,01·20
---------- = 2,02 Н
10
Концентрация C исходного раствора Na 2 CO 3 равна 2,02 · 53 = 107,06 г/л.
На титрование 10 см3 фильтрата, общий объем которого составляет 300 см3, в присутствии метилового оранжевого израсходовано 25 см3
1 н. HCl (F= 1,01), а на титрование 10 см3 того же фильтрата после осаждения Na 2 CO 3 раствором BaCl 2 – 21 см3 HCl .
F · V 2 · 40 1,01· 21· 40
С Na ( O Н) = ----------------- = ------------------- = 84,84 г/л.
10 10
F · ( V 1 - V 2 ) · 53 1,01·(25 – 21)· 53
С Na 2 CO 3 = ------------------- = ------------------------ = 21,4 г/л.
10 10
Во всем объеме полученного после каустификации фильтрата содержится :
84,84 · 300
------------------- = 25,45 г Na ( O Н),
1000
21,4· 300
------------- = 6,42 г Na 2 CO 3
1000
Общая масса влажного осадка 150 г. Навеска осадка для промывки 2г.
Объем промывных вод V 1 =200 см3.
На определение общей щелочности промывных вод (проба 20 см3) израсходовано 10 см3 0,1Н р-ра HCl. На определение Na ( O Н),
В промывных водах ( проба 20 см3) израсходовано 6 см3 0,1Н р-ра
0,1 · 6· 40
HCl. Т.о, в промывных водах: С Na ( O Н) = -------------- = 1,2 г/л.
20
0,1 · (10 – 6) · 40
С Na 2 CO 3 = --------------------- = 1,06 г/л.
20
В полученных промывных водах, пере5считывая на все количество осадка, 1,2· 150/2 ·200/1000 = 18 г Na ( O Н) и
1,06· 150/2 ·200/1000 = 15,9 г Na 2 CO 3 .
Общее количество Na ( O Н), полученное при каустификации, составляет 25,45 +18 = 43,45 г.
Количество оставшейся соды(не вступившей в реакцию) равно
6,42 +115,9 = 22,32 г. или в пересчете на Na ( O Н) по основной реакции (40· 22,23)/53= 16,84 г.
Выход продукта Na ( O Н) (степень каустификации) по формуле
Ф= m ф / m макс Ф= 43,45/(43,45 + 16,84) · 100=60,29%
Результаты анализов и расчетов сводятся в таблицу:
Краткая инструкция к лабораторной работе:
- Собрать установку, состоящую из термостата с мешалкой, термометра, фарфорового стакана – реактора с мешалкой и крышкой.
- Установить титрованием HCl концентрацию исходного раствора.
- Рассчитать необходимое количество извести.
- По достижении заданной температуры в термостате поставить фарфоровый стакан – реактор с заданным количеством содового раствора.
- Постепенно, в несколько приемов засыпать известь в реактор и закрыть его крышкой.
- По окончании опыта вынуть реактор, отфильтровать шлам, произвести анализ филььтрата и промывных вод.
- по результатам анализов рассчитать степень каустификации и выход Na ( O Н) от теоретического.
Лабораторная работа N3
Этерификация уксусной кислоты
Эфиры уксусной кислоты применяются в производстве лаков для автомобилей и авиационной промышленности, для производства растворителей и защитных пленок.
Реакция взаимодействия этилового спирта с уксусной кислотой :
этерификация
С2Н5ОН + СН3СООН ⇄ СН3СООС2Н5 + Н2О
Гидролиз
Для получения наибольшего выхода этилацетата необходимо процесс осуществлять при избытке уксусной кислоты или удалить из зоны реакции воду. Процесс этерификации ускоряется в присутствии минеральных кислот или органических сульфокислот. Кислоты обеспечивают высокую концентрацию ионов водорода, являющихся катализаторами реакций. Концентрированная серная кислота, применяемая в процессе этерификации, является катализатором процесса и агентом, связывающим образовавшуюся воду. Процесс этерификации является гомогенно – каталитическим жидкофазным процессом.
Цель работы: изучить влияние условий проведения процесса, установить соотношение реагентов, количество катализатора, определить влияние этих факторов на выход этилацетата.
Методика проведения работы.
Собрать установку согласно схеме.
В реакционную колбу емкостью 250 см3, через соединенную с ней капельную воронку вводят 25 см3этилового спирта и при постоянном охлаждении (реактор помещают в термостат в охлажденной водой и льдом) добавляют 25 см3 концентрированной серной кислоты. Затем реактор помещают в масляную баню , соединяют реактор с холодильником, Укрепляют в боковом горле реактора капельную воронку и нагревают смесь до 1400С. При этой температуре в реактор из капельной воронки постепенно подают смесь , состоящую из 125 см3 этилового спирта и 125 см3 ледяной уксусной кислоты. Скорость подачи смеси в реактор регулируют таким образом. Чтобы происходила нормальная отгонка уксусноэтилового эфира. Реакция считается законченной, когда прекращается отгонка эфира. В приемнике происходит разделение конденсата на эфирный и водный слой. Хлоркальциевая трубка служит для улавливания паров воды. Для нейтрализации небольшого количества уксусной кислоты, отогнанной вместе с уксусноэтиловым эфиром. Конденсат в колбе обрабатывают 10% -ным раствором соды: содовый раствор добавляют небольшими порциями и содержимое колбы взбалтывают. Обработка продолжается до тех пор, пока верхний слой не перестанет окрашивать лакмусовую бумажку в красный цвет. Затем конденсат помещают в делительную воронку и отделяют эфирный слой от водного. Эфирный слой для удаления примесей этилового спирта встряхивают с раствором хлорида кальция ( 100 г СаСl2 + 100 г Н2О), снова отделяют в делительной воронке водный слой (раствор хлорида кальция). Затем эфирный слой обезвоживают прокаленным хлоридом кальция в колбе, снабженным обратным холодильником, нагревая на водяной бане в течение 30-60 минут. Высушенный уксусноэтиловый эфир перегоняют на водяной бане из колбы Вюрца в предварительно взвешенный приемник. Определяют массу полученного этилацетата и рассчитывают его выход Х по уравнению Х= 46∙ g /88 G ·100,
где g – масса полученного этилацетата, г;
G – масса С2Н5ОН, взятого для этерификации, г;
46 и 88 – молекулярные массы соответственно этилового спирта и этилацетата.
Определить степень превращения, выход продукта, теоретический и практический расходный коэффициент.
При выполнении лабораторной работы необходимо выполнять следующие требования:
1. Работу выполнять в защитных очках.
2. Смешивание серной кислоты с этиловым спиртом производить при наружном охлаждении реактора водой со льдом.
3. Не допускать использования на установке нагревательных приборов с открытой спиралью и пламенем.
4. Температура в масляной бане не должна превышать 1400С.
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 2192; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!