Химия
8 класс
Вопрос
При производстве кальцинированной соды по методу Сольве происходит регенерация аммиака, при этом маточный раствор после кристаллизации гидрокарбоната смешивается с известковым молоком и полученная масса нагревается.
Можно ли было сэкономить некоторое количество Топлива в этом процессе, если использовать тепло реакции негашеной извести с водой и в раствор вместо известкового молока вводить негашеную известь.
Исходя из предположения, что фабрика ежедневно производит 12 т соды, вычислите:
а) какое количество негашеной извести, содержащей 96% CaO, следует использовать для регенерации аммиака из маточного раствора, полученного в итоге дневного производства соды, если избыток используемой негашеной извести должен составлять 2% от теоретически вычисленного количества CaO;
б) какое количество угля, необходимого для подогрева раствора, ежедневно можно сэкономить, вводя вместо известкового молока негашеную известь, если известно, что теплота сгорания угля равна 7200 ккал/кг (и только 70% этого тепла используется практически), а теплота реакции окиси кальция с водой составляет 15 ккал/моль.
Ответ
Процесс производства соды по методу Сольве в упрощенном виде можно записать следующими уравнениями:
NH3+H2O+CO2=NH4HCO3,
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl,
2NaHCO3150−180∘C→Na2CO3+H2O+CO2.
Процесс регенерации аммиака из маточных растворов кристаллизации с помощью CaO можно представить уравнением
2NH4Cl+CaO=2NH3↑+СаCl2+H2O.
Из уравнений приведенных реакций следует:
а) на 1 моль полученной соды затрачивается 2 моля хлористого аммония;
б) 1 моль CaO необходим для регенерации аммиака из 2 молей NH4Cl, что в количественном отношении выражается следующим образом: при производстве 10 г (1 моль) Na2CO3 56 г CaO (1 моль) реагируют со 107 г NH4Cl (2 моля).
При производстве
106 г Na2CO3 образуется 107 г NH4Cl,
12 т Na2CO3 - х т NH4Cl,
x=107⋅12106=12,11 т NH4Cl.
Для регенерации аммиака из 12,11 т NH4Cl теоретически необходимо
y=56⋅12,11107=6,34 т CaO.
Если негашеная известь содержит 96 % CaO, то ее понадобится
z=6,34т⋅10096=6,6 т.
Поскольку для производства необходим 2 %-ный избыток негашеной извести, то реально ее потребуется на
6,6⋅2100=0,132 т
больше, т. е. всего для регенерации аммиака из 12,11 т NH4Cl необходимо взять 6,6т+0,132т=6,732 т негашеной извести.
Количество тепла, выделяющегося при реакции вычисленного количества негашеной извести (NULL,732 т) с водой, содержащейся в маточных растворах, рассчитывается о учетом содержания чистой CaO:
mCaO=6,732т⋅96100=6,46 т CaO.
При реакции 1 кмоля CaO с водой выделяется 15⋅103 ккал тепла, отсюда вытекает следующее соотношение:
56 кг : 15000 ккал = 6460 кг : q,
q=1731⋅103 ккал.
Количество угля, при сгорании которого выделится такое количество тепла, рассчитывается в соответствии с приведенными в условиях данными: если тепло, выделяющееся при реакции сгорания, используется только на 70 %, то на проведение необходимых технологических операций остается
m1=7200ккал⋅705040ккал/кг=5040 ккал на 1 кг угля.
Таким образом, для получения 1713⋅103 ккал потребуется сжечь
m2=1731⋅103ккал5050ккал/кг=343,4 кг угля
Применение негашеной извести указанной степени чистоты вместо известкового молока для регенерации аммиака из маточных растворов позволит сэкономить ежедневно 343,4 кг угля.