化学词典介绍工业生产纯碱的方法:索尔维碱法和侯碱法,无水碳酸钠,俗称纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、皮革等工业的重要原料,也常用作硬水软化剂,也用于制造钠化合物。其工业生产方法主要包括氨碱法和联合碱法。
一、氨碱法(又称索尔维法)
比利时工程师苏尔维(1838~1922年发明的纯碱制法。他用盐(氯化钠)、石灰石(石灰和二氧化碳煅烧生成)、氨是制备纯碱的原料。氨首先通过饱和盐水进入氨盐水,然后通过二氧化碳产生低溶解度的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。
其化学反应原理如下:NaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3↓+NH4Cl
将NaHCO3微晶体经过滤、洗涤后,再加热煅烧制成纯碱产品。2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑释放的二氧化碳气体可以回收利用。含氯化铵的滤液和石灰乳[Ca(OH)2]混合加热,释放的氨可回收利用。CaO+H2O=Ca(OH)2,2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O工业生产的简单流程如图所示。
氨碱法的优点是:原料(盐和石灰石)便宜;纯碱纯度高;副产品氨和二氧化碳可回收利用;制造步骤简单,适合大规模生产。但氨碱法也有许多缺点:首先,这两种原料只使用了盐中钠离子的一半(Na+)与石灰石成分中的碳酸根离子(CO32-)它结合成碳酸钠,但盐的另一种成分氯离子(Cl-)钙离子和石灰石的另一种成分(Ca2+)但是氯化钙(CaCl2)用途不大,所以如何处理氯化钙成了一个很大的负担。氨碱法最大的缺点是原料盐的利用率只有72%~74%,其余的盐被氯化钙溶液作为废液丢弃,这是一个巨大的损失。
二、侯氏制碱法
它是中国化学工程专家侯德榜(1890~1974年)成立于1943年。它是将氨碱法和合成氨法结合起来生产纯碱和氯化铵的方法。原料是盐、氨、二氧化碳-合成氨厂用水煤气制氢时的废气。
其化学反应原理如下: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,氨通入饱和盐水 成氨盐水,然后通过二氧化碳产生碳酸氢钠沉淀,过滤和清洗NaHCO3微晶,然后煅烧纯碱产品,其过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氯化铵晶体。由于氯化铵在室温下的溶解度大于氯化钠,低温下的溶解度小于氯化钠,氯化铵在氯化钠浓溶液中的溶解度远小于水中。因此,在低温条件下,在过滤液中加入细粉状氯化钠,通过氨,氯化铵可以单独结晶沉淀,氯化铵产品可以通过过滤、洗涤和干燥获得。氯化铵沉淀后获得的滤液已基本饱和,可回收利用。工业生产的简单流程如图所示。
与氨碱法相比,联合制碱法最大的优点是将盐的利用率提高到96%以上,使用同量盐比氨碱法生产更多的纯碱。此外,它还综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子,同时生产了纯碱和氯化铵两种有价值的产品。将氨厂废气二氧化碳转化为碱厂生产纯碱的主要原料,节省了碱厂生产二氧化碳的巨大石灰窑;碱厂无用成分氯离子(Cl-)用氮肥氯化铵代替硫酸固定氨厂价格较高的氨。因此,氯化钙不再生成无用且难以处理的氯化钙,减少了环境污染,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势。
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