纯碱工业_碳酸钠生产
纯碱工业始于18世纪末,随着工业的需要和制碱原料的改变,纯碱(Na2CO3)生产技术得到迅速发展,生产装置趋向大型化、机械化、自动化。1983年世界纯碱产量约30Mt。在碳酸钠工业生产史上,法国人N.吕布兰,比利时人E.索尔维,ZG人侯德榜等,都作出了突出的贡献。
制碱方法摸索
欧洲人也知道从淋过海草灰的汁液中提取碱。可是,随着18世纪中期工业革命从英国开始后,纺织、印染、造纸、制皂和玻璃等工业需求的碱量剧增,单靠从天然碱和植物灰中提取的碱明显不足,这就需要人工制造。
化学家们根据分析,认识到食盐和纯碱中含有共同的成分组成后,就开始着手将食盐转变成纯碱的尝试。这从18世纪前半叶就开始了,但是都未获得成功。
吕布兰法
1783年,法国科学院以1200法郎高额奖金悬赏征求制造纯碱的方法。1789年,法国奥尔良地区封建主公爵的侍从医生吕布兰(N.Leblanc,1742—1806)成功地创造了一种制碱的方法,1791年获得ZL,建立起日产250~300 kg的碱厂。吕布兰制碱法所用的原料除食盐外,还有硫酸、木炭和石灰石。
索尔维制碱法
1861年,比利时人索尔维(Ernest Solvay,1832-1922)以食盐、石灰石和氨为原料,制得了碳酸钠和氯化钙,是为氨碱法(ammonia soda process)。
索尔维制碱法反应步骤为:
NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3+NH4Cl,
CaCO3=高温=CaO+CO2↑,2NH4Cl+CaO===2NH3↑+CaCl2+H2O
2NaHCO3=高温=Na2CO3+CO2 +H2O
反应生成的CO2和NH3可重新作为原料使用。
总反应式为:CaCO3+2NaCl=高温=CaCl2+Na2CO3(注意 不是复分解反应)
索尔维制碱法的缺点,主要在于原料中各有一半的比分没有利用上,只用了食盐中的钠和石灰中碳酸根,二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成了氯化钙,这个产物都没有利用上。
侯氏制碱法
侯氏制碱法又称联合制碱法,是我国化学工程专家侯德榜于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来,同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐水、氨气和二氧化碳-合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。此方法提高了食盐利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,降低了纯碱的成本,克服了氨碱法的不足,曾在享有盛誉,得到普遍采用。变换气制碱的联碱工艺,是我国duchuang,具有显著的节能效果。
总反应方程式:
NaCl + CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl(可作氮肥)
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑(CO2循环使用)(以加热作为反应条件)
(在反应中NaHCO3沉淀,所以这里有沉淀符号,这也正是这个方法的便捷之处)
即:①NaCl(饱和溶液)+NH3(先加)+H2O(溶液中)+CO2(后加)=NH4Cl+NaHCO3↓ (NaHCO3能溶于水,但是侯氏制碱法向饱和氯化钠溶液中通入氨气,由于氯化钠溶液饱和,生成的碳酸氢钠溶解度小于氯化钠,所以碳酸氢钠以沉淀析出)
(先添加NH3而不是CO2:CO2在NaCl中的溶解度很小,先通入NH3使食盐水显碱性(用无色酚酞溶液检验),能够吸收大量CO2气体,产生高浓度的HCO3-,才能析出NaHCO3晶体。)
2NaHCO3(加热)=Na2CO3+H2O+CO2↑
保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点,使食盐的利用率提高到 96 %; NH4Cl 可做氮肥(氮肥不可与碱性物质混用,但可用草木灰检验其纯度);可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气 CO 转化成 CO2,革除了CaCO3制 CO2这一工序,减少可能造成的环境污染。
侯氏联合制碱法也存在不足。较氨碱法而言,它的用氨量较大,在有些情况下不适用。
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