纯碱的工业生产方法
一:麸碱工艺:古代人们从草木灰中提取碳酸钾,后来从盐碱地、盐湖等自然资源中获得碳酸钠,但量太少。远远不能满足化工生产的需要,在1791年,法国博士卢布兰首先获得了制碱专利,将盐制成碱,称为卢布兰制碱法。该方法分为三个部分:
①硫酸钠由氯化钠和硫酸反应制得:2 NaCl+h2so 4 = na2so 4+2 HCl;
(2)用焦炭还原硫酸钠得到硫化钠:Na2SO4+4C = Na2S+4Co =
③硫化钠与石灰石反应生成碳酸钠:Na2S+CaCO3=Na2CO3+CaS。
缺点:;这种方法生产需要高温,硫酸对设备腐蚀严重,CaS废料堆积时间长,到处是臭味,成本高,因此被氨碱法取代。
二:氨碱法,即索尔维碱制备法,是比利时索尔维于1862年发明的,以盐、氨和二氧化碳为原料,其反应也分为三步:
①NH3+CO2+H2O=NH4HCO3
②碳酸氢铵+氯化钠=碳酸氢钠+氯化铵
③2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O
反应产生的CO2可以回收利用,NH4Cl可以与生石灰反应再生氨;
2NH4Cl+CaO=2NH3↑+CaCl2+H2O
缺点:这种方法实现了连续生产,提高了盐的利用率,大大降低了纯碱的价格,产品质量纯正,故称纯碱。
第三,侯氏制碱法大大改进了上述方法。这种方法最大的特点是不从固体碳酸氢铵(NH4HCO3)中吸氨,而是先从卤水中吸氨,再碳酸化连续生产。这种方法的原理是在低温下,可以将二氧化碳(CO2)通入用氨饱和的饱和盐水中,沉淀出碳酸氢钠(NaHCO3)。此时母液中Na+减少,Cl-相对较高,再加入。由于同离子效应,低温氯化铵(NH4Cl)的溶解度突然降低,而食盐(NaCl)的溶解度变化不大,所以氯化铵(NH4Cl)沉淀但食盐不沉淀,然后用氨饱和,再通入二氧化碳(CO2)。于是,NaHCO3和NH4Cl来回沉淀,其中氨是氮气和水加氢制得的,CO2是提取氢气和氮气的半水煤气副产物,从而巧妙地将制氮工业和制碱工业结合起来。用这种方法生产的碱品质优良,纯净如雪,曾获1926美国费城“世博会金奖”。具体来说,是这样的:
1向氨化饱和盐水中引入二氧化碳。
NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3(沉淀)
2.加热碳酸氢钠得到碳酸钠。
碳酸氢钠=碳酸钠+H2O+二氧化碳
3.氢氧化钠是通过将石灰水引入碳酸钠中制备的。
碳酸钠+氢氧化钙= 2氢氧化钠+碳酸钙
4、焙烧碳酸钙,得到二氧化碳循环。
CaCO3=CaO+CO2
氧化钙+H2O =氢氧化钙
5.在1步反应的母液中加入过量的盐,氯化铵会结晶出来制成肥料。
经过上千次的实验,侯先生在1943中研究成功了联碱工艺。该方法将合成氨和纯碱结合起来,提高了盐的利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,降低了纯碱成本。