بررسی روش های مختلف فرایند کلرآلکالی در تولید سود مایع

 

سود سوزآور که ماده ای جامد و سفیدرنگ است به آسانی می تواند رطوبت هوا را جذب کرده که درصورت تماس با پوست خاصیت خورندگی بالایی دارد. کاربردهای بسیار مختلفی برای این ترکیب شیمیایی درنظر گرفته شده است و می توان به مواردی همچون داروسازی، تولید انواع شوینده ها، کنترل میزان PH آب در دستگاه های تصفیه آب و حذف فلزات سنگین، تولید و بازیافت کاغذ و دیگر موارد اشاره نمود.

بازار جهانی کاستیک سودا یا همان سود سوزآور در سال 2017 حدود 32.6 میلیارد دلار ارزش گذاری شده است و پیش بینی می شود این مقدار تا سال 2026 به چیزی در حدود 53.23 میلیارد دلار برسد.  با توجه به موارد گفته شده میزان تولید سود و کلر ازجمله شاخص های پیشرفت برای جامعه صنعتی به حساب می آید.

سود سوزآور را می توان به روش های مختلف تولید نمود ازجمله این روش ها الکترولیز محلول سدیم کلرید در یکی از انواع ظروف الکترولیتی است که به آن فرایند کلرآلکالی می گویند.

اغلب روش های تولید سود مایع و کلر مشکل مصرف بالای انرژی را دارند و به همین جهت محققین سعی بر ابداع روش هایی با مصرف کمتر انرژی داشته اند که یکی از این روش ها فرآیند کلرآلکالی است و در سطح آزمایشگاه و نیمه صنعتی کاربرد دارد.

 

فرایند کلرالکالی

 

کلرآلکالی فرآیندی است که در آن از طریق الکترولیز کلرید سدیم ، گاز کلر و سدیم هیدروکسید تولید می شود. حدود 95% کلر و 99% سود سوزآور مصرفی در صنعت به روش الکتروشیمیایی تولید می شود. با توجه به اینکه کلر از محصولات مهم شیمیایی در صنعت است، تولید کلر به عنوان شاخص تعیین کننده توسعه صنعت یک کشور شناخته شده است.

به طور کلی سه فرآیند الکتروشیمیایی برای تولید کلر و سود پرک وجود دارد:

  • فرایند سلول غشایی (Membrane cell) که از سال 1970 استفاده شد
  • فرایند سلول دیافراگمی (Diaphragm cell) که از سال 1885 رایج شده است
  • فرایند سلول جیوه (Mercury cell) که از سال 1892 به طور صنعتی مرسوم شده است

تفاوت این روش ها با هم را می توان در روش جداسازی آند از کاتد دانست. در این فرایند از مهاجرت یا نفوذ یون هیدروکسیل به آند از طریق جداسازهایی جلوگیری می شود و درنتیجه از واکنش نامطلوب بین یون ها و تولید هیپوکلریت ممانعت میکند.

 

فرایند سلول غشایی

در این فرایند از آب نمک و سلول غشایی دارای الکترودهای مثبت و منفی استفاده می شود. آند که دارای بار منفی است یون های کلرید را اکسید کرده و گاز کلر آزاد میکند. کاتد نیز آب را به گاز هیدروژن و هیدروکسید تجزیه میکند. غشای نیمه نفوذپذیر سلول به یون های سدیم اجازه میدهد که به سمت بخش دیگر حرکت کرده و در واکنش با آب موجود، سدیم هیدروکسید تولید میکند. این غشا از حرکت یون هایی مانند هیدروکسید و کلرید و پخش شدن در تمام قسمت های سلول جلوگیری میکند.

 

فرایند سلول غشایی

 

واکنش های انجام شده در این فرایند به صورت زیر انجام می شوند:

آب نمک اشباع شده به بخش اول سلول غشایی منتقل شده و یون های کلرید توسط آند اکسید شده و گاز کلر آزاد می شود

2Cl- → Cl2 + 2e-

 

یون های هیدروژن دارای بار مثبت حاصل از تجزیه آب توسط جریان الکتریکی به گاز هیدروژن تبدیل شده و یون های هیدروکسید در محلول آزاد می شود

2H2O + 2e- → H2 + 2OH-

درنتیجه انتقال یون های سدیم به محفظه دوم و واکنش با یون های هیدروکسید ، سود سوزآور تولید می شود

2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

با توجه به اینکه غشا توانایی تشخیص کاتیون ها و آنیون ها و محدوده بین یون های سدیم و پروتون را دارد، قادر به تولید هیدروکسید سدیم 50% و بدون ناخالصی های دارای یون کلر است.

 

 

فرایند سلول دیافراگمی

در سلول  دیافراگمی از آزبست نفوذپذیر برای جدا کردن سطح آند از سطح کاتد استفاده می شود و آب نمک اشباع مورد نیاز از بخش آندی تزریق می شود. محلول مایع موجود در بخش آند به دلیل اختلاف فشار حاصل از اختلاف سطح دو بخش به بخش کاتد جریان می یابد.

 

فرایند سلول دیافراگمی 

 

در این شیوه نیز در قسمت آند یون های کلر به گاز کلر تبدیل می شود.

2 Cl‾ → Cl2 + 2e

و در بخش کاتد نیز آب به سود سوزآور و گاز هیدروژن تجزیه می شود.

2NaCl ↔ 2Na+ + 2Cl

2H+ + 2e‾ → H2

2Na+ + 2OH‾ ↔ 2NaOH

در این روش می بایست ارتفاع آب نمک در محفظه آند بالاتر از سطح محلول در بخش کاتد باشد تا بدین وسیله آب نمک بتواند در دیافراگم جریان پیدا نماید. الکترولیز آب نمک در بخش آند انجام می شود و یون های کلر به گاز کلر تبدیل می شوند، درحالی که یون های سدیم از آزبست عبور کرده و به سمت کاتد حرکت می کند و واکنش های گفته شده در بخش کاتد انجام می شود.

 

فرایند سلول جیوه ای

در این فرایند نمک جامد به عنوان ماده اولیه استفاده می شود که با توجه به لزوم خالص بودن آب نمک مصرفی در فرآیند می بایست آن را با انجام فیلتراسیون، خالص سازی نمود. فیلتراسیون در این فرایند ضروری است زیرا وجود فلزات سنگین در آب نمک شرایط خطرناکی را برای الکترولیز به وجود می آورد. علاوه براین برای انجام الکترولیز جریان مستقیم نیاز است که برای تبدیل جریان متناوب به مستقیم از یکسو کننده جریان استفاده می شود.

 

فرایند سلول جیوه ای

 

در این روش آب نمک به صورت پیوسته به سلول تغذیه می شود ؛ جیوه که به عنوان کاتد عمل می کند هم جهت با آب نمک جریان دارد و صفحه های آند نیز از بالا به درون محفظه آویزان می شوند.

همانند دو فرایند توضیح داده شده یون های کلر در بخش آند به گاز کلر تبدیل می شوند که این گاز در دمای بالا و با بخار آب اشباع شده و درنهایت با سرد کردن و حذف کردن آب، گاز کلر خشک می شود.

2Cl‾ → Cl2 + 2e

با توجه به اینکه جیوه موجود در فرایند نقش کاتد را ایفا میکند، در این بخش ملقمه ای از سدیم رقیق با لایه نازک جیوه تولید می شود. در این جا جیوه به عنوان جداکننده بین محصولات آند و کاتد عمل میکند و تشکیل ملقمه جیوه/سدیم مانع تشکیل کاتدی یون های هیدروکسیل می شود. ملقمه جیوه ای ایجاد شده به بخش جداساز رفته و در اثر واکنش با آب، محلول هیدروژن و هیدروکسید سدیم تولید می شود.

2Na+ + 2Hg + 2e‾ → 2Na-Hg

2NaCl + 2Hg → 2Na-Hg + Cl2

2Na-Hg → 2Na+ + 2Hg + 2e

2H2O + 2e ‾ → 2OH‾ + H2

2Na-Hg + 2H2O → 2NaOH + H2 + 2Hg

 

 

مقایسه فرایندهای مختلف کلر-آلکالی

در فرایند جیوه ای سود تولیدی کیفیت بالاتری نسبت به دیگر فرایندها دارد و این درحالی است که آب نمک ورودی به درجه خلوص بالایی نیاز ندارد ول یکی از اشکالات مربوط به این روش مصرف بسیار بالای انرژی در آن است.

در فرایند دیافراگمی سود تولیدی کیفیت پایین تری دارد و در مقایسه با فرایند غشایی مصرف انرژی بیشتری دارد.

با توجه به اینکه سل غشایی به سرمایه اولیه کمی نیاز دارد و هزینه های عملیاتی آن نسبت به دو فرایند دیگر کمتر است، اغلب فرایندهای جدید را براساس این روش به کار می برند. بد نیست اشاره کنیم که توسعه تکنولوژی سل غشایی همزمان با  افزایش قیمت در انرژی بوده است و با در نظر گرفتن میزان افزایش در مصرف محصولات کلر آلکالی در سطح جهانی و همچنین افزایش قیمت انرژی، بحث کاهش مصرف انرژی در فرآیند کلر آلکالی اهمیت بسیاری پیدا کرده است.

در جدول زیر فرایند سل غشایی با دو فرایند دیگر مقایسه شده اند:

 

مزیت های سل غشاییمعایب سل غشایی
  • از مواد مضری مانند جیوه یا آزبست استفاده نمی شود و درنتیجه احتمال ورود این مواد مضر به محصول نهایی یا محیط زیست وجود ندارد.
  • در مقایسه با دو فرایند دیگر به انرژی الکتریکی کمتری نیاز دارد:

سل جیوه ای : 3100-3400

سل دیافراگم : 2300-2900

سل غشایی : 2100-2600

 

  • میزان انرژی کل مورد نیاز برای تولید سود و اکسیژن بدون کلر:

سل جیوه ای : 3100-3400

سل دیافراگم : 3200-3800

سل غشایی : 2400-2900

 

  • تولید سودسوزآور با کیفیت در مقایسه با سود تولیدی در سل دیافراگم
  • هزینه تولید بالاتر این فرایند به دلیل نیاز به نمک و آب نمک مصرفی با کیفیت بالاتر
  • هزینه تمام شده بالاتر این فرآیند درنتیجه مراحل 
  • پردازش بیشتر به منظور تصفیه آب
  • مصرف بیشتر نمک
  • سود تولید شده در این روش در مقایسه با سل جیوه ای ممکن است میزان کلر بیشتری داشته باشد
  • مصرف بیشتر سود و اسید هیدروکلریک در فرایند به منظور بازسازی رزین تبادل یونی و اسیدی کردن آب نمکبرای تجزیه کلرات
  • هزینه بالاتر تعمیرات و نگهداری برای جایگزین کردن غشاها
  • تصفیه بخار آب نمک باعث وارد شدن کلر به محیط زیست از طریق فاضلاب می شود. کلر مقاوم بوده و بر گونه خاصی از جلبک ها تاثیر منفی دارد.

 

 

 

 

   


قیمت و خرید سود پرک

 

شرکت بازرگانی کیمیا شیمی سال ها است که در زمینه خرید و فروش مواد شیمیایی صنعتی و خوراکی و واردات از کشورهایی چون چین فعالیت میکند. با توجه به کاربردهای متنوع سود سوزآور در صنایع متفاوت شرکت های مختلفی اقدام به تولید و فروش این ترکیب شیمیایی کرده اند که در زمینه خرید سود سوزآور کیفیت محصول و غلظت آن اهمیت بسیاری دارد. جهت استعلام قیمت و خرید سود پرک و ثبت خرید به صورت عمده می توانید با کارشناسان فروش بازرگانی کیمیا تماس حاصل نمایید.

 

          


           021-77738301

           021-77738302

           021-77738303




منابع : 

https://ganj.irandoc.ac.ir

https://www.researchgate.net

02177738301