docJH- Rozdzielanie mieszaniny chlorków sodu i potasu
download 
Reklamacja Transkrypt
JH- Rozdzielanie mieszaniny chlorków sodu i potasu
POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ PODSTAWY TECHNOLOGII NIEORGANICZNEJ UKŁADY WIELOFAZOWE ROZDZIELANIE MIESZANINY CHLORKÓW SODU I POTASU Dr inż. Maria Pertkiewicz-Piszcz Mgr inż. Joanna Henke Gdańsk 2007-2011 Układy wielofazowe- Rozdzielanie mieszaniny chlorków sodu i potasu 1. Wstęp teoretyczny Punkt eutoniczny- punkt na diagramie fazowym, odpowiadający składowi roztworu nasyconego względem swoich składników. Kationy potasu występują w przyrodzie w skałach jako część składowa minerału zwanego ortoklazem oraz w postaci takich minerałów jak: sylwinit, karnalit i polihalit. Sylwinit składa się z chlorku potasu i sodu, przy czym zawartość KCl wynosi 20 – 30%. Karnalit pod względem chemicznym jest solą podwójną o wzorze KCl ⋅ MgCl2 ⋅ 6 H2O, zaś polihalit jest złożoną solą o wzorze K2SO4 ⋅ MgSO4 ⋅ 2 CaSO4 ⋅ 2 H2O. Skład wymienionych minerałów nie odpowiada ściśle podanym wzorom, gdyż są one zanieczyszczone w mniejszym lub większym stopniu składnikami złoża. Sylwinit i karnalit rozpuszczają się w wodzie, a wydzielenie chlorku potasu zależy od właściwego przeprowadzenia krystalizacji. Polihalit w wodzie nie rozpuszcza się. Dopiero po zniszczeniu jego struktury krystalicznej, w wyniku prażenia, można wydzielić z niego rozpuszczalne w wodzie siarczany potasu i magnezu, natomiast pozostaje trudno rozpuszczalny w wodzie siarczan wapnia. Proces otrzymywania nawozów potasowych jest procesem otrzymywania soli potasowych z wymienionych surowców naturalnych. Największe znaczenie ma otrzymywanie chlorku potasu z sylwinitu. Metoda otrzymywania chlorku potasu z sylwinitu jest oparta na wykorzystaniu różnicy zmiany rozpuszczalności chlorku sodu i potasu wraz ze wzrostem temperatury. Ponadto należy brać pod uwagę wpływ jednej soli w roztworze na rozpuszczalność drugiej. 2 Podstawy technologii nieorganicznej- ćwiczenia laboratoryjne- J.Henke Układy wielofazowe- Rozdzielanie mieszaniny chlorków sodu i potasu Główne składniki sylwinitu NaCl i KCl tworzą z wodą układ trójskładnikowy. Z politerm układu NaCl – KCl – H2O można odczytać następujące zależności: 1) w temperaturze otoczenia rozpuszczalność w wodzie obu soli jest zbliżona, 2) rozpuszczalność NaCl prawie nie zależy od temperatury (wzrasta o kilka procent w przedziale temperatur 0 – 100° C), zaś rozpuszczalność KCl w przedziale temperatur 0 – 100° C wzrasta o kilkadziesiąt procent, 3) w roztworze nasyconym obiema solami rozpuszczalność NaCl zmniejsza się niewiele, maleje jednak ze wzrostem temperatury. Natomiast rozpuszczalność KCl w roztworze z NaCl wyraźnie się zmniejsza, przy czym wzrasta ona ze wzrostem temperatury, na przykład w temperaturze 100° C rozpuszczalność KCl w nasyconym roztworze NaCl jest kilka razy większa niż w temperaturze pokojowej. 450 NaCl, g/1000g H2O 400 1 300 I M P II 2 N 200 100 10°C 0 100 200 30 300 50 70 400 90 110°C 500 600 KCl, g/1000g H2O Rys. 1.Politerma rozpuszczalności dla układu trójskładnikowego KCl-NaCl-H2O W układzie tym jako fazy stałe mogą występować: NaCl, NaCl·2H2O, KCl i lód. W temperaturach między 0 i 100°C w jednoimiennych roztworach, a więc w równowadze z NaCl ze wzrostem temperatury wzrasta stężenie chlorku potasu, a maleje stężenie chlorku sodu. Krzywa łącząca izotermiczne punkty autoniczne układu na polu termie, a więc roztwory nasycone w obie sole wykazuje, że rozpuszczalność NaCl ze wzrostem temperatury maleje, aby w temp. 85°C osiągnąć minimum. Następnie wolno ponownie wzrasta. Natomiast rozpuszczalność KCl wzrasta z temperaturą w sposób ciągły. Roztwory eutoniczne są często roztworami przesyconymi, gdyż obie sole charakteryzują się dużymi skłonnościami do tworzenia takich roztworów. 3 Podstawy technologii nieorganicznej- ćwiczenia laboratoryjne- J.Henke Układy wielofazowe- Rozdzielanie mieszaniny chlorków sodu i potasu Diagram fazowy układu NaCl-KCl-H NaCl y jako teoretyczna podstawa przerobu 2O służy sylwinitu. Przyjmując, że e w czasie rozpuszczania surowca przy użyciu użyciu odpowiedniej ilości ci wody uzyskano roztwór o składzie określonym okre punktem P w temp. 10°C. Roztwór ten jest roztworem nienasyconym. Następnie Nast pnie odparowując odparowuj go w temperaturze 100°C uzyskuje się si roztwór o składzie określonym lonym punktem 1 na izotermie temp. 100°C, przy czym roztwór ten jest nasycony NaCl. Dalsze odparowywanie w temp. 100°C powoduje przesuwanie się si się składu kładu roztworu po torze krystalizacji do punktu etonicznego II,, w którym obok NaCl pojawia się si nowa faza KCl. Po oddzieleniu roztworu od wykrystalizowanego chlorku sodu chłodzi się si go do temperatury 20° 0°C. W czasie chłodzenia skład roztworu zmienia się si po prostej równoległej do osi stężeń ężeń chlorku potasowego, aby w końcu ńcu uzyskać uzyska skład odpowiadający punktowi 2 na izotermie temp. 20°C..W czasie chłodzenia wytrąca wytr się chlorek potasowy,, a jego ilość ilo odpowiada odcinkowi II-2.. Po oddzieleniu KCl, roztwór macierzysty można żna zagęścić zag i powtórzyć proces od początku. ątku. 1.1. Etapy Największe ksze efektywnie rozdzielenie wspomnianej mieszaniny soli może mo być uzyskane przez zastosowanie różnych ró temperatur w różnych nych etapach procesu. Z podwyższeniem temperatury szybko wzrasta rozpuszczalność ść chlorku potasu, podczas gdy rozpuszczalność rozpuszczalno chlorku sodu nieznacznie spada. Pozwala to na uzyskanie w podwyższonej ższonej temperaturze roztworu o znacznej zawartości zawarto chlorku potasu, a więcc i na wydzielenie go w postaci fazy stałej podczas ochładzania ochładz roztworu. Wykorzystującc dwie izotermy np. dla 100°C i 25°C, można można ustalić ustali warunki przeróbki sylwinitu z wydzieleniem, zarówno chlorku potasu, jak i chlorku sodu, w danym zakresie temperatur. Na podstawie różnej ró nej rozpuszczalności rozpuszczalno NaCl i KCl w różnych temperaturach, opiera się metoda technologicznego wydzielania chlorku potasu z sylwinitu, składająca się si z następujących etapów: Rozpuszczenie sylwinitu Ochłodzenie roztworu Ogrzewanie roztworu macierzystego •roztworem roztworem nasyconym względem NaCl •Rozpuszcza Rozpuszcza się KCl zaś NaCl pozostaje w roztworze •Oddzielenie Oddzielenie nierozpuszczonego NaCl •Wydzielenie KCl •Oddzielenie Oddzielenie kryształów KCl •Przemycie Przemycie otrzymanego osadu •Suszenie •Zawrócenie Zawrócenie sylwinitu do rozpuszczenia 4 Podstawy technologii nieorganicznejnieorganicznej ćwiczenia laboratoryjne- J.Henke Układy wielofazowe- Rozdzielanie mieszaniny chlorków sodu i potasu Celem ćwiczenia jest określenie rozpuszczalności w układzie trójskładnikowym KCl -NaCl - H2O oraz praktyczne wykonanie rozdzielenia mieszaniny chlorków sodu i potasu w różnych temperaturach (początkowej i końcowej) i dla różnych początkowych składów mieszaniny. 2. Część doświadczalna Określenie rozpuszczalności soli. Określenie rozpuszczalności soli przeprowadza się metodą politermiczną. Metoda politermiczna polega na ustaleniu temperatury rozpuszczania użytej naważki soli w określonej ilości wody i na określeniu temperatury pojawienia się pierwszych kryształków w tym roztworze. probówce notuje się temperaturę wydzielania pierwszych kryształków soli. 2.1. Ustalanie temperatury a) W uprzednio zważonych probówkach o objętości 150cm3 należy przygotować dwie mieszaniny chlorków potasu oraz sodu w stosunku wagowym 1:1 i 2:1 b) Początkowo naważyć po 22g każdej mieszaniny oraz rozpuścić każdą z nich w 54g wody c) Następnie oba roztwory lekko ogrzewać w łaźni wodnej nastawionej na temperaturę 65°C (nie przetrzymywać zbyt długo w łaźni należy stopniowo ogrzewać roztwór!). d) Zanotować temperaturę rozpuszczenia się ostatniego kryształku każdej soli e) Kolejno delikatnie ochładzać roztwory w naczyniu z lodem (nie przetrzymywać zbyt długo w lodzie- należy stopniowo ochładzać roztwór!) oraz zanotować temperaturę krystalizacji (pojawienia się pierwszych kryształków soli). f) Następnie do każdej probówki (zawierającej schłodzony roztwór) odmierzyć po kolejne 2g odpowiedniej mieszaniny oraz powtórzyć etapy opisane w podpunktach b-e. g) Czynność opisaną w podpunkcie f należy wykonać dwukrotnie. 2.2. Rozdzielanie mieszaniny soli a) Probówki zawierające roztwory soli po wykonaniu wszystkich czynności z punktu 2.2. należy podgrzać w łaźni wodnej do temperatury 100°C b) Następnie gwałtownie schłodzić w naczyniu z lodem do temperatury 10°C c) W międzyczasie przygotować sączki oraz zlewki odbierające oraz je zważyć na wadze laboratoryjnej d) Schłodzone roztwory szybko przesączyć e) Zważyć mokre sączki, zlewki z przesączem oraz probówki z pozostałością wykrystalizowanej soli f) Znając masy pustych probówek określa się z różnicy masę osadu (wilgotnego) i roztworu. g) Mokry sączek suszy się do stałej masy dla określenie wilgotności osadu. W wyniku przeprowadzonych analiz ustala się skład roztworu końcowego i uzyskanego osadu. Przy określaniu składu osadu należy wnieść poprawkę do 5 Podstawy technologii nieorganicznej- ćwiczenia laboratoryjne- J.Henke Układy wielofazowe- Rozdzielanie mieszaniny chlorków sodu i potasu danych analitycznych odpowiednio do ilości fazy ciekłej (roztworu) pozostałej w osadzie i jej składu. Tę poprawkę wprowadza się na podstawie analizy roztworu i ilości wody w osadzie, usuniętej przy jego wysuszeniu. 3. Literatura − Praca zbiorowa pod redakcją Bretsznajdera S., Podstawy ogólne technologii chemicznej, WNT, Warszawa, 1973. − W. Bobrownicki, T. Pieniążek, Technologia soli potasowych. WNT, Warszawa 1969. 6 Podstawy technologii nieorganicznej- ćwiczenia laboratoryjne- J.Henke
