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纯碱的工业制取

绿色山茶油 2024-10-31 15:08 编辑:niming 15阅读

纯碱的工业制取

索尔维制碱法与侯氏制碱法(也叫做氨碱法与联碱法)

无水碳酸钠,俗名纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料,还常用作硬水的软化剂,也用于制造钠的化合物。它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。

一、氨碱法(又称索尔维法)

它是比利时工程师苏尔维(1838~1922)于1892年发明的纯碱制法。他以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水,再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是:NaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3↓+NH4Cl

将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体,再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热,所放出的氨气可回收循环使用。CaO+H2O=Ca(OH)2,2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O其工业生产的简单流程如图所示。

氨碱法的优点是:原料(食盐和石灰石)便宜;产品纯碱的纯度高;副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简单,适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点:首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子(Na+)和石灰石成分里的碳酸根离子(CO32-)结合成了碳酸钠,可是食盐的另一成分氯离子(Cl-)和石灰石的另一成分钙离子(Ca2+)却结合成了没有多大用途的氯化钙(CaCl2),因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72%~74%,其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了,这是一个很大的损失。

二、联合制碱法(又称侯氏制碱法)

它是我国化学工程专家侯德榜(1890~1974)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、氨和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。其化学反应原理是:C+H2O=CO+H2 CO+H2O=CO2+H2

联合制碱法包括两个过程:第一个过程与氨碱法相同,将氨通入饱和食盐水而成氨盐水,再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀,经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体,再煅烧制得纯碱产品,其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大,低温时的溶解度则比氯化钠小,而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下,向滤液中加入细粉状的氯化钠,并通入氨气,可以使氯化铵单独结晶沉淀析出,经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液,已基本上被氯化钠饱和,可回收循环使用。其工业生产的简单流程如图所示。

联合制碱法与氨碱法比较,其最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上,应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子,同时,生产出两种可贵的产品——纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳,转变为碱厂的主要原料来制取纯碱,这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑;将碱厂的无用的成分氯离子(Cl-)来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨,制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处,又难于处理的氯化钙,减少了对环境的污染,并且大大降低了纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性。

碳酸钠有什么用?

碳酸钠(纯碱) 化学式为Na2CO3,俗名纯碱,又称苏打、碱灰,一种重要的化工基本原料,纯碱工业的主产品。通常为白色粉末,高温下易分解,易溶于水,水溶液呈碱性。纯碱在潮湿的空气里会潮解,慢慢吸收二氧化碳和水,部分变为碳酸氢钠,所以包装要严,否则会吸潮结块,碳酸钠与水生成Na2CO3·10H2O,Na2CO3·7H2O,Na2CO3·H2O三种水合物,其中Na2CO3·10H2O最为稳定,且溶于水的溶解热非常小。多应用于照相行业,其商品名称为碳氧。Na2CO3·10H2O又称晶碱,以前,晶碱常用于家庭洗涤和洗羊毛,故又称“洗濯碱”①。过去,我国民间习惯使用既能洗衣又能发面的“块碱”,那是用纯碱加大量水搅拌制成的(另加有一些小苏打(NaHCO3),其含水量在50%以上。碳酸钠溶于水时呈吸热反应,在空气中易风化。Na2CO3·7H2O不稳定,仅在32.5~36℃范围内才能从碳酸钠饱和溶液中析出。碳酸钠是弱酸强碱盐。用化学方法制出的Na2CO3比天然碱纯净,人们因此称它为“纯碱”。

纯碱的用途很广,一般都是利用它的碱性。它可用于制造玻璃,如平板玻璃、瓶玻璃、光学玻璃和高级器皿;还可利用脂肪酸与纯碱的反应制肥皂;在硬水的软化、石油和油类的精制、冶金工业中脱除硫和磷、选矿、以及铜、铅、镍、锡、铀、铝等金属的制备、化学工业中制取钠盐、金属碳酸盐、漂白剂、填料、洗涤剂、催化剂及染料等均要用到它,在陶瓷工业中制取耐火材料和釉也要用到纯碱。

纯碱是一种重要的大吨位的化工原料。纯碱生产有索尔维法①,侯氏制碱法②和天然碱加工法等,所用原料因加工方法不同而异。主要原料为原盐(包括海盐、池盐、矿盐及地下卤水)、天然碱、石灰石、氨等。中国主要纯碱厂有大连化工公司碱厂,天津碱厂,青岛碱厂,自贡鸿鹤化工总厂,湖北省化工厂。

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