Способ получения водных растворов натриевой щелочи

 

Изобретение относится к регенерации щелочи, в частности к усовершенствованному способу получения водных растворов натриевой щелочи из промышленных щелочных стоков производства капролактама. Способ осуществляют электродиализом водных растворов щелочных стоков производства капролактама в трехкамерном электродиализаторе с двумя катионообменными мембранами, при этом перед электродиализом в исходный раствор щелочных стоков производства капролактама вводят 0,05-0,30 мас.% неионогенного поверхностно-активного вещества общей формулы: R-O-(CH₂CH₂O)_nH, где R - алкил общей формулы C_pH>_2p+1 или арил общей формулы при n = 2-30, p = 4-22, m = 4-9. Способ позволяет получать водные растворы натриевой щелочи с содержанием NaOH до 20 мас.%, содержанием Na₂CO₃ не более 2 мас.% и содержанием органических веществ (по химическому поглощению кислорода) не более 3000 мг O₂/л. 1 ил.

Изобретение относится к области промышленной рекуперации отходов, в частности к усовершенствованному способу получения водных растворов натриевой щелочи из щелочных стоков производства капролактама, и может быть использовано на предприятиях производства капролактама бензольным способом. На таких предприятиях имеется большое количество сточных вод, которые образуются на начальных стадиях технологической цепочки, а именно в процессе отмывки раствором едкого натра реакционной органической смеси, поступающей из цеха окисления циклогексана кислородом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ получения водного раствора натриевой щелочи из щелочных стоков производства капролактама (ЩСПК), описанный в [2] В известном способе получение раствора натриевой щелочи ведут электродиализом исходного ЩСПК в диапазонах силы тока 2-8 А и напряжения 10-20 В и достигают 70-82,5% извлечения натриевой щелочи в зависимости от условий электродиализа при времени извлечения от 145 до 490 мин.

При этом получаемый раствор загрязнен органическими веществами, определяемыми по химическому поглощению кислорода (ХПК) на уровне 6000-10 000 мг O₂ на литр, массовая доля едкого натра составляет 10-12,6 мас. массовая доля углекислого натра составляет 4,0-5,0 мас.

Таким образом, получаемая водная щелочь не удовлетворяет требованиям соответствующего ГОСТа [2] Техническим результатом является существенное повышение качества получаемой водной щелочи.

Результат достигается заявленным способом получения водных растворов натриевой щелочи из промышленных ЩСПК электродиализом водных растворов ЩСПК, отличительной особенностью которого является то, что в исходный раствор ЩСПК дополнительно вводят 0,05-0,3 мас. неионогенного ПАВ общей формулы (1): R-O-(CH₂CH₂O)_nH, где R алкил общей формулы (2): C_pH_2p+1 или арил общей формулы (3): при n=2-30; p=4-22; m=4-9.

Соблюдение заявленных условий позволяет довести степень извлечения натриевой щелочи из исходного раствора ЩСПК до 90-95% получить водный раствор натриевой щелочи с содержанием Na₂CO₃ 1,5-2,0 мас. ХПК на уровне 1500-3000 мг O₂ на литр и довести концентрацию щелочи до 20 мас. Это в совокупности вполне применимо для технологических нужд, что и позволяет направлять полученный раствор в рецикл.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Способ осуществляют в соответствии с прототипом. Процесс электродиализа проводят на лабораторной установке, показанной на чертеже. Лабораторный электродиализатор (поз. 5) состоит из: 1) трех камер (I, II, III); 2) катионообменных мембран, МК-40; 3) двух электродов катода (К) и анода (А).

Через камеры I, II, III в процессе электродиализа прокачивают соответственно: 0,1 N раствор серной кислоты;
перерабатываемый ЩСПК (перед началом опыта в раствор ЩСПК добавляют соответствующее количество неионогенного ПАВ. Исходный раствор ЩСПК содержит 0,50 г-экв/л NaOH и 3,11 г-экв/л натриевых солей карбоновых кислот, всего 3.61 г-экв/л натрия);
раствор едкого натра с концентрацией 0,12 г-экв/л.

Расходы этих жидкостей устанавливают с помощью перистальтических насосов марки НП-1М. Перед каждым опытом в емкости (поз. 1, 2, 3, рис. 1) загружают по 100 мл перерабатываемых растворов.

Все упомянутые растворы циркулируют по замкнутому контуру: емкость (поз. 1, 2, 3) перистальтический насос (поз. 4) электродиализатор (поз. 5) - емкость.

Объем каждой камеры электродиализатора составляет 18 см³, площадь поверхности 30 см².

Для регулирования силы тока и напряжения, подаваемых на электроды электродиализатора, установка снабжена электронным блоком. Для безопасного проведения процесса электродиализа катод установки изготовлен из титана и платинирован, а анод из свинца.

Концентрацию щелочи, натриевых солей карбоновых кислот, серной кислоты, содержащихся в растворах, циркулирующих через камеры I, II, III и подвергающихся электролизу, определяли с помощью стандартных методик. Кроме того, в наработанных образцах определяли содержание Na₂CO₃ и органических веществ (ХПК). Степень извлечения щелочи определяли по формуле:

где C^o_с и C^о_из концентрации соответственно солей карбоновых кислот и свободной щелочи перед началом процесса электродиализа в исходном ЩСПК, экв/л;
C^r_с^jytxy и C^rj_из^ytxy концентрации в диализуемых ЩСПК к концу опыта.

Так в опыте 1 при исходной суммарной концентрации Na на уровне 3,61 г-экв/л к концу опыта (через 260 мин) в исходном растворе ЩСПК осталось 0,18 г-экв/л натриевых солей карбоновых кислот (степень извлечения 95%). При этом в камере III образовалось 100 мл раствора NaOH с концентрацией натрия 3,55 г-экв/л с суммарным Na₂CO₃ всего 1,5 мас. (что за вычетом концентрации первоначально находящейся в этой камере щелочи дает такой же выход 95%).

В таблице приведены результаты опытов по извлечению натриевой щелочи из ЩСПК.

Как следует из таблицы, соблюдение заявленных условий позволяет решить поставленную задачу.

Формула изобретения

Способ получения водных растворов натриевой щелочи из промышленных щелочных стоков производства капролактама электродиализом в трехкамерном электродиализаторе с двумя катионообменными мембранами, отличающийся тем, что в исходный раствор щелочных стоков производства капролактама перед электродиализом вводят 0,05 0,30 мас. неионогенного поверхностно-активного вещества общей формулы
R-O-(CH₂CH₂O)_nH,
где R алкил общей формулы C_pH_2p+1 или арил общей формулы

при n 2 30;
p 4 22;
m 4 9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2