سود کاستیک

سدیم هیدروکسید یا کاستیک سودا با فرمول شیمیایی NaOH یک ترکیب معدنی جامد است که به آسانی می‌تواند رطوبت و کربن دی‌ اکسید موجود در هوا را جذب کند و به همین دلیل لازم است هنگام حمل و نقل، تحت پوشش‌های حفاظتی لازم قرار گیرد. این ترکیب، در تماس با پوست دارای اثر خورندگی است و برای جلوگیری از اثرات سوزانندگی آن، هنگام استفاده باید مورد توجه قرار گیرد. در دمای اتاق به صورت یک جامد سفید کریستالی بدون بو ظاهر می شود که ممکن است به شکل گلوله، گرانول یا پودر باشد. سدیم هیدروکسید، یکی از پرمصرف ترین مواد شیمیایی در جهان و مهمترین ماده در ساخت صابون ها و سایر مواد شوینده ای است که برای تمیز کردن استفاده می شوند. این ماده یک پایه قوی محلول در آب است که در چندین فرآیند تولید استفاده می شود. اسمارت کاتالیست بزرگترین تولید کننده کاتالیست اسید سولفوریک در ایران موفق به تولید سود کاستیک با بهترین کیفیت شده است.

ویژگی ها و مشخصات
نام	کاستیک سودا \| Caustic Soda
فرمول شیمیایی	NaOH
شکل ظاهری	جامد
رنگ	سفید
دمای ذوب	318 درجه سانتی‌گراد
چگالی	2.13
سایر نام ها	سدیم هیدروکسید یا سود سوزآور

کاربردهای سدیم هیدروکسید

سدیم هیدروکسید به دلیل خاصیت چربی زدایی به صابون صنعتی معروف است. سود سوزآور می تواند چربی باقی مانده یا هر لکه دیگری را روی پارچه هایی که پشم از حیوانات ساخته شده اند، پاک کند. از هیدروکسید سدیم برای تولید صابون، ابریشم مصنوعی، ساخت و بازیافت کاغذ، محصولاتی که منفجر می‌شوند، رنگ‌ها و فرآورده‌های نفتی، فرآیند تصفیه آب استفاده میشود.

سایر کارهایی که ممکن است از هیدروکسید سدیم استفاده شود شامل پردازش پارچه پنبه ای، تمیز کردن و پردازش فلز، پوشش اکسیدی، آبکاری الکتریکی و استخراج الکترولیتی است. از این ماده در صنایع نساجی، نفت و گاز و پترو شیمی، غذایی و داروسازی نیز استفاده میشود.

روش‌ های تهیه سود کاستیک

تقریباً تمام سود سوزآور از طریق الکترولیز محلول کلرید سدیم (NaCl) با استفاده از یکی از سه نوع سلول: جیوه، دیافراگم و غشایی تولید می شود. فرآیند الکترولیز 2.25 تن سود سوزآور 50 درصد با هر تن کلر تولید می کند. ماده اولیه اولیه نمک معمولی است که معمولاً به شکل رسوبات زیرزمینی است که به عنوان محلول در یک منبع آب با فشار بالا پمپ شده به سطح آورده می شود. محلول کلرید سدیم اغلب آب نمک نامیده می شود.

↑2NaCl + 2H2O → Cl2↑ + 2NaOH + H2

salt + water → chlorine (gas) + caustic + hydrogen (gas)

به طور سنتی، الکترولیز توسط فرآیندهای آمالگام جیوه یا سلول دیافراگمی انجام می‌شود، اما سلول غشایی تبادل یونی سهم فزاینده‌ای را در زمینه‌های محیطی و اقتصادی به خود اختصاص می‌دهد. مسیر اصلی تولید در ایالات متحده از طریق سلول دیافراگمی است در حالی که سلول های جیوه و غشایی در اروپا غالب هستند.

1. تولید کاستیک سودا به روش سلول دیافراگمی:

هیدروکسید سدیم یا سود سوزآور از طریق الکترولیز آب نمک در فرآیندی به نام فرآیند کلر قلیایی ساخته می شود. در طول الکترولیز، یک جریان الکتریکی برای ایجاد یک واکنش شیمیایی غیر خود به خودی استفاده می شود. در این مورد، تجزیه نمک. سلول دیافراگمی، که معمولاً از آزبست ساخته می شود، اجازه می دهد تا آب نمک از آند به کاتد جریان یابد، اما فضاهای گاز کلر و هیدروژن را جدا می کند. همانطور که یون های هیدروژن تخلیه می شوند، یون های هیدروکسید در محفظه کاتد با یون های سدیم آبی جمع می شوند تا هیدروکسید سدیم تولید کنند. مهاجرت برگشتی یون های هیدروکسید از کاتد به آند با سرعت جریان مایع از یک محفظه به محفظه دیگر جلوگیری می شود. کلر تشکیل شده در آندها از طریق آب نمک وارد فضایی می شود که توسط پوشش سلول تشکیل شده است. هدف از استفاده از سلول دیافراگمی در استخراج NaOH تقسیم دو طرف آندی و کاتدی سلول کلر قلیایی است.

سلول های دیافراگمی بیش از 100 سال است که مورد استفاده قرار می گیرند. سد دیافراگم نفوذپذیر است و معمولاً از الیاف آزبست ساخته می شود. آب نمک به محفظه آند، جایی که کلر ایجاد می شود، جریان می یابد. سپس به محفظه کاتد، جایی که یک هیدروکسید سدیم رقیق ایجاد می شود. محصول حاصل از هیدروکسید سدیم غلظت ضعیفی دارد (تقریباً 12%) و حاوی مقدار قابل توجهی نمک است. تبخیر مقدار زیادی از نمک را متبلور می کند و محلول را به غلظت هیدروکسید سدیم بالاتر می رساند. با این حال، محصول نهایی هنوز به دلیل محتوای نمک بالاتر شناخته شده است. به دلیل محتوای نمک بیشتر، سود سوزآور دیافراگمی ممکن است کدرتر به نظر برسد. از آنجایی که نمک برای ماشین آلات و تجهیزات خورنده است، سود سوزآور با درجه دیافراگم اغلب برای استفاده در صنایع خاص، مانند خمیر کاغذ و کاغذ، کمتر مطلوب است. استفاده از آزبست در دیافراگم نیز باعث سازگاری کمتر این فرآیند با محیط زیست میشود.

2. تولید کاستیک سودا به روش ممبران (غشایی):

سلول های غشایی فقط در 60 سال گذشته ساخته شده اند. مشابه فرآیند دیافراگم، کلر در محفظه اول سلول در آند و سوزاننده در محفظه دوم در کاتد ایجاد می شود. سد غشایی که سلول را تقسیم می کند از یک پلیمر ساخته شده است. یون های سدیم با بار مثبت قادر به عبور از آن هستند، اما یون های کلرید با بار منفی نمی توانند. هیدروکسید سدیم تولید شده دارای غلظت بسیار بالاتری است (تقریباً 33٪) و حاوی نمک بسیار کمتری نسبت به مواد سوزاننده تولید شده در یک سلول دیافراگمی است. سپس این ماده تبخیر می شود تا غلظت آن تا 50 درصد افزایش یابد. سود سوزآور درجه غشاء معمولاً از نظر ظاهری شفاف‌تر است و در مقایسه با مواد درجه دیافراگم، ناخالصی‌های کلی کمتری دارد. با توجه به افزایش راندمان انرژی، سازگاری با محیط زیست بیشتر و خلوص بالاتر محصول، سلول غشایی امروزه رایج‌تر از فرآیند مورد استفاده است.

در فرآیند غشایی، غشای تبادل یونی به عنوان مانعی برای همه جریان‌های گاز و مایع عمل می‌کند و تنها اجازه عبور یون‌های سدیم را از بین محفظه‌ها می‌دهد. یون‌های سدیم به شکل هیدراته عبور می‌کنند تا هیدروکسید سدیم را در کاتدی که هیدروژن خارج می‌شود تولید کنند. گاز کلر در آند آزاد می شود. غشاء یک کوپلیمر از تترا فلوئورواتیلن یا یک مونومر فلوئوردار مشابه است.

3. تولید کاستیک سودا به روش سلول جیوه ای (مرکوری):

فرآیند سلول جیوه یکی از سه فرآیند تولیدی است که توسط بخش کلرآلکالی برای تولید کلر و سود سوزآور استفاده می شود. در فرآیند سلول جیوه، سدیم با جیوه در کاتد، یک آمالگام (“مخلوط” دو فلز) تشکیل می دهد. این آمالگام با آب در یک راکتور جداگانه به نام تجزیه کننده واکنش می دهد که در آن گاز هیدروژن و محلول سود سوزآور به میزان 50 درصد تولید می شود. از آنجایی که آب نمک معمولاً دوباره در گردش است، نمک جامد برای حفظ اشباع آب نمک مورد نیاز است. آب نمک ابتدا کلرزدایی می شود و سپس با یک فرآیند ته نشینی- فیلتراسیون خالص می شود. محصولات فوق العاده خالص هستند. کلر، همراه با کمی اکسیژن، به طور کلی می تواند بدون تصفیه بیشتر استفاده شود.

از بین سه فرآیند، فرآیند جیوه بیشترین الکتریسیته را مصرف می کند، اما برای تغلیظ محلول سوزاننده به بخار نیازی نیست. استفاده از جیوه نیازمند اقداماتی برای جلوگیری از آلودگی محیطی است. همچنین جیوه باید از محلول گاز هیدروژن و سود سوزآور حذف شود. امروزه استفاده از تولید کلر قلیایی مبتنی بر جیوه کنار گذاشته شده است و این فناوری از سال 2017 دیگر در اروپا استفاده نمی شود.

تولید سدیم هیدروکسید به روش سلول جیوه ای

مقایسه روش های تولید سدیم هیدروکسید با هم

زمانی که هزینه های برق کم است و محصولی با غلظت لازم و خلوص بالا تولید می کنند، عملکرد سلول های جیوه نسبت به سلول های دیافراگمی ارزان تر است، اما جیوه باید از پساب حذف شود. سلول‌ های دیافراگمی برای تمرکز محلول‌های سوزاننده به انرژی گرمایی زیادی نیاز دارند، اما زمانی که هزینه‌های بخار و ساخت پایین است می‌توانند از سلول‌های جیوه ارزان‌تر باشند.

استفاده از سلول های غشایی به دلیل کاهش هزینه های سرمایه و انرژی و عدم وجود مشکلات زیست محیطی در حال رشد است. این محصول از خلوص بالایی برخوردار است اما در صورت نیاز به 50 درصد سود سوزآور، به غلظت بیشتری نیاز دارد. غشاء و فرآیندهای غشایی می توانند چگالی جریان های مختلف را مدیریت کنند و تولید را با قیمت ارزان برق به حداکثر برسانند.

سوالات متداول

کاستیک سودا ، سدیم هیدروکسید، سود پرک

یک ترکیب معدنی با فرمول NaOH است. این یک ترکیب یونی جامد سفید است که از کاتیون های سدیم Na+ و آنیون های هیدروکسید OH- تشکیل شده است. هیدروکسید سدیم یک پایه و قلیایی بسیار سوزاننده است که پروتئین ها را در دمای معمولی محیط تجزیه می کند و ممکن است باعث سوختگی شدید شیمیایی شود. در آب بسیار محلول است و به راحتی رطوبت و دی اکسید کربن را از هوا جذب می کند.

در فرآیند سلول دیافراگمی، ناحیه آند توسط یک دیافراگم نفوذپذیر از ناحیه کاتد جدا می شود. آب نمک به محفظه آند وارد می شود و از طریق دیافراگم به محفظه کاتد جریان می یابد. سپس آب نمک رقیق شده از سلول خارج می شود. در صورت نیاز، سود سوزآور را می توان تا 50 درصد غلیظ کرد و نمک را حذف کرد. این اغلب با استفاده از فرآیند تبخیری با حدود سه تن بخار در هر تن سود سوزآور است. نمک جدا شده از نمک سوزاننده را می توان برای اشباع آب نمک رقیق شده استفاده کرد. کلر حاوی اکسیژن است و اغلب باید با مایع شدن و تبخیر خالص شود.

محلول سدیم هیدروکسید مانند اسید باعث سوختگی‌، تجزیه و در صورت برخورد با چشم موجب کوری دائم آن میشود. بنابراین، هنگام استفاده از آن باید تمامی موارد ایمنی و پوشش استاندارد اعم از لباس مخصوص، دستکش‌ های پلاستیکی و عینک رعایت شود. در صورت برخورد ماده با پوست باید محل مورد نظر را با آب به مدت حداقل 10 تا 15 دقیقه شست. خوردن یا نوشیدن هیدروکسید سدیم می تواند باعث سوختگی شدید و استفراغ فوری، حالت تهوع، اسهال یا درد قفسه سینه و معده و همچنین مشکلات بلع شود.