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聯合制堿法

時間:2012-08-13 09:41 來源:博源集團
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氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨,這是第一步。第二步是:碳酸氫銨與氯化鈉反應生成一分子的氯化銨和碳酸氫鈉沉淀,碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度較小。根據NH4Cl 在常溫時的溶解度比NaCl 大,而在低溫下卻比NaCl 溶解度小的原理,在278K 283K(5 ℃~10 時,向母液中加入食鹽細粉,而使NH4Cl 單獨結晶析出供做氮肥。

     

化學原理

索氏制堿法原理 

NH3+CO2+H2ONH4HCO3 

NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl 

總反應方程式:

NaCl + CO2 + H2O + NH3NaHCO3 + NH4Cl 

2NaHCO3→△Na2CO3+H2O+CO2↑(CO2循環使用)

侯氏制堿法又名聯合制堿法

1NH3+H2O+CO2=NH4HCO3

2NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3

32NaHCO3(加熱)=Na2CO3+H2O+CO2

即:①NaCl(飽和溶液)+NH3(先加)+H2O(溶液中)+CO2(后加)=NH4Cl+NaHCO3(溶解度一般,因為不斷添加原料達到溶液飽和才沉淀)

2NaHCO3(加熱)=Na2CO3+H2O+CO2

優點

保留了氨堿法的優點,消除了它的缺點,使食鹽的利用率提高到96 %;NH4Cl 可做氮肥;可與合成氨廠聯合,使合成氨的原料氣CO 轉化成CO2 ,革除了CaCO3 CO2 這一工序。

注:純堿就是碳酸鈉

侯氏制堿法的產生和發展

1920年,侯德榜先生毅然回國任職。他全身心地投入制堿工藝和設備的改進上,終于摸索出了索爾維法的各項生產技術。19248,塘沽堿廠正式投產。1926年,中國生產的“紅三角”牌純堿在美國費城的萬國博覽會上獲得金質獎章。產品不但暢銷國內,而且遠銷日本和東南亞。

1937年日本帝國主義發動了侵華戰爭,他們看中了南京的硫酸銨廠,為此想收買侯德榜,但是遭到侯德榜的嚴正拒絕。為了不使工廠遭受破壞,他決定把工廠遷到四川,新建一個永利川西化工廠。

制堿的主要原料是食鹽,也就是氯化鈉,而四川的鹽都是井鹽,要用竹筒從很深很深的井底一桶桶吊出來。由于濃度稀,還要經過濃縮才能成為原料,這樣食鹽成本就高了。另外,索爾維制堿法的致命缺點是食鹽利用率不高,也就是說有30%的食鹽要白白地浪費掉,這樣成本就更高了,所以侯德榜決定不用索爾維制堿法,而另辟新路。

他首先分析了索爾維制堿法的缺點,發現主要在于原料中各有一半的比分沒有利用上,只用了食鹽中的鈉和石灰中碳酸根,二者結合才生成了純堿。食鹽中另一半的氯和石灰中的鈣結合生成了氯化鈣,這個產物都沒有利用上。那么怎祥才能使另一半成分變廢為寶呢?他想呀想,設計了好多方案,但是—一都被推翻了。后來他終于想到,能否把索爾維制堿法和合成氨法結合起來,也就是說,制堿用的氨和二氧化碳直接由氨廠提供,濾液中的氯化銨加入食鹽水,讓它沉淀出來。這氯化銨既可作為化工原料,又可以作為化肥,這樣可以大大地提高食鹽的利用率,還可以省去許多設備,例如石灰窯、化灰桶、蒸氨塔等。設想有了,能否成功還要靠實踐。于是地又帶領技術人員,做起了實驗。l次、2次、10次、100次……一直進行了500多次試驗,還分析了2000多個樣品,才把試驗搞成功,使設想成為了現實。

這個制堿新方法被命名為“聯合制堿法”,它使鹽的利用率從原來的70%一下子提高到96%。此外,污染環境的廢物氯化鈣成為對農作物有用的化肥——氯化銨,還可以減少1/3設備,所以它的優越性大大超過了索爾維制堿法,從而開創了世界制堿工業的新紀元

侯氏制堿法的發明特點和原理

發明特點

針對索爾維法生產純堿時食鹽利用率低,制堿成本高,廢液、廢渣污染環境和難以處理等不足,侯德榜先生經過上千次試驗,在1943年研究成功了聯合制堿法。這個新工藝是把氨廠和堿廠建在一起,聯合生產。由氨廠提供堿廠需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化銨用加入食鹽的辦法使它結晶出來,作為化工產品或化肥。食鹽溶液又可以循環使用。為了實現這一設計,在19411943年抗日戰爭的艱苦環境中,在侯德榜的嚴格指導下,經過了500多次循環試驗,分析了2000多個樣品后,才把具體工藝流程定下來,這個新工藝使食鹽利用率從70%一下子提高到96%,也使原來無用的氯化鈣轉化成化肥氯化銨,解決了氯化鈣占地毀田、污染環境的難題。這方法把世界制堿技術水平推向了一個新高度,贏得了國際化工界的極高評價。1943年,中國化學工程師學會一致同意將這一新的聯合制堿法命名為“侯氏聯合制堿法”。所謂“聯合制堿法”中的“聯合”,指該法將合成氨工業與制堿工業組合在一起,利用了生產氨時的副產品CO2,革除了用石灰石分解來生產,簡化了生產設備。此外,聯合制堿法也避免了生產氨堿法中用處不大的副產物氯化鈣,而用可作化肥的氯化銨來回收,提高了食鹽利用率,縮短了生產流程,減少了對環境的污染,降低了純堿的成本。聯合制堿法很快為世界所采用。

發明原理

侯氏制堿法的原理是依據離子反應發生的原理進行的,離子反應會向著離子濃度減小的方向進行。也就是很多初中高中教材所說的復分解反應應有沉淀、氣體和難電離的物質生成。他要制純堿(Na2CO3),就利用NaHCO3在溶液中溶解度較小,所以先制得NaHCO3,再利用碳酸氫鈉不穩定性分解得到純堿。要制得碳酸氫鈉就要有大量鈉離子和碳酸氫根離子,所以就在飽和食鹽水中通入氨氣,形成飽和氨鹽水,再向其中通入二氧化碳,在溶液中就有了大量的鈉離子、銨根離子、氯離子和碳酸氫根離子,這其中NaHCO3溶解度最小,所以析出,其余產品處理后可作肥料或循環使用。


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