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制碱工业简史

来源:未知作者:孙远征 点击:所属专题: 纯碱工业
纯碱即苏打(soda),化学式为Na 2 CO 3 ,是一种重要的化工原料,是食品、造纸、制药、玻璃、肥皂、印染等工业乃至人民日常生活的必需品。 古代,人们从草木灰中提取碳酸钾,后来又从盐碱地和盐湖(天然碱的成分Na 2 CO 3 ·NaHCO 3 · n H 2 O)等天然资源中获取碳酸钠,

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纯碱即苏打(SDA),化学式为NA2CO3,是一种重要的化工原料,是食品、造纸、制药、玻璃、肥皂、印染等工业乃至人民日常生活的必需品。

古代,人们从草木灰中提取碳酸钾,后来又从盐碱地和盐湖(天然碱的成分Na2CO3·NaHCO3··nH2O)等天然资源中获取碳酸钠,但量太小。远不能满足化工生产需求,1791年法国医生卢布兰首先获得制碱专利,以食盐、硫酸、煤炭、石灰石为原料制碱,称卢布兰制碱法,该法分三步①2NaCl+H2SO4=Na2SO4+2HCl;② Na2SO4+4C=Na2S+4CO↑③ Na2S+CaCO3=Na2CO3+CaS

这方法存在许多缺陷:利用固相反应,使生产不连续又是高温操作,硫酸量大且对设备腐蚀严重,CaS废弃物长期堆积臭气四溢,劳动强度大,煤耗量大,产品质量不高,纯度不高;成本较高等。

1862年,比利时化学家索尔维以食盐、石灰石、氨原料发明的制碱法,氨碱法即索尔维制碱法,其反应也分三步进行:
  ① NH3+CO2+H2O=NH4HCO3

② NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl

③ 2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O(反应生成的CO2可回收利用)

2NH4Cl+CaO=2NH3↑+CaCl2+H2O (反应生成的NH3可回收利用)

该法优点:原料便宜(氨是最贵的原料),NH3和CO2循环使用;操作步骤简单,适合大规模连续化生产,食盐利用率得到提高,产量大,质量高,产品纯度高,省劳动力。废物容易处理,成本低廉,使纯碱价格大大降低,并且产品质量纯净,故被称纯碱。

该法缺点:

① 原料(食盐)太不经济,转化率不高(只有70%),(过滤出碳酸氢钠后的母液中还含有1/4钠离子,CaCl2中混有大量约30%NaCl)

②  废液(主要成分是CaCl2)毁占大量耕地,难以处理。

③ 盐中的Cl完全未能利用, 两种原料组分只利用了一半,不符合原料综合利用的原则。”

侯德榜和“侯氏制碱法”

1943年,侯德榜创造性地设计了联合制碱新工艺。把氨厂和碱厂建在一起,联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来,作为化工产品或化肥。

食盐溶液又可以循环使用。

1 向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳

NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3(析出)

2 加热碳酸氢钠,得到碳酸钠

2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2

3 利用碳酸钠通入石灰水,制得氢氧化钠

Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3

4 培烧碳酸钙,得到二氧化碳循环

CaCO3=CaO+CO2    CaO+H2O=Ca(OH)2

5 向1步反应的母液中,加入过量食盐,氯化铵结晶析出,制成化肥使用

侯氏制碱法的最大特点是不从固体碳酸氢铵(NH4HCO3),而是由盐卤先氨化再碳酸化以进行连续生产,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。

此法的原理是:低温下用氨饱和的饱和食盐水通入二氧化碳(CO2)可析出碳酸氢钠(NaHCO3),此时母液中Na减少而Cl相对多,此时再加入细盐末,因制碱工业简史同离子效应,低温氯化铵(NH4Cl)溶解度突然降低,而食盐(NaCl)的溶解度变化不大,所以氯化铵(NH4Cl)析出而食盐不析出,再用氨饱和后通二氧化碳(CO2),结果往返析出NaHCO3和NH4Cl,其中氨由氮与水中的氢化合制成,CO2是提取氢气和氮气的半水煤气之副产品。

侯氏制碱法又称联合制碱法(或联碱法)。它巧妙的把氮气工业和制碱工业联合起来,该法生产的碱质量优良,纯白如雪,在1926年获美国费城“万国博览会金质奖。

总结:

资料1:研究一个生产过程,包括了生产原理、工艺流程设计、生产设备选择,它们都要体现经济性生产原则和科学发展观。

资料2:绿色化学思想的主要特点是“原子经济性”原则,以及能量应用最低原则。即要将原料的中的每一原子都转换成产品,实现废物的“零排放”。提倡防止废物的生成比其生成后再处理更好。

(责任编辑:化学自习室)
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