侯氏制堿法

純堿工業(yè)的發(fā)展史 純堿是重要的化工原料之一 也是大眾消費(fèi)品 廣泛應(yīng)用于玻璃工業(yè) 鋼鐵工業(yè) 化學(xué)工業(yè) 醫(yī)藥工業(yè) 搪瓷 紡織 印染 造紙 食品等多種工業(yè)的生產(chǎn) 1983年 世界純堿產(chǎn)量為30Mt 純堿工業(yè)始于18世紀(jì)末 法國(guó)人勒布朗 比利時(shí)人索爾維 中國(guó)人侯德榜等 都先后作出了突出的貢獻(xiàn) NaClNa2SO4Na2SO4Na2SNa2SNa2CO3 H2SO4濃 C CaCO3 一 勒布朗制堿法原料 NaCl H2SO4濃 C CaCO3 2NaCl H2SO4 Na2SO4 2HCl Na2SO4 2C Na2S 2CO2 Na2S CaCO3 Na2CO3 CaS 缺點(diǎn) 此法因難于連續(xù)生產(chǎn) 又需硫酸作原料 設(shè)備腐蝕嚴(yán)重 產(chǎn)品質(zhì)量不純 原料利用不充分 價(jià)格較貴 所以在投產(chǎn)50年后不敵索爾維法的競(jìng)爭(zhēng) 于20世紀(jì)20年代被淘汰 雖被索爾維法和其他方法所代替 但在歷史上曾盛行一時(shí) 是化學(xué)工業(yè)發(fā)展史的一個(gè)里程碑 二 索爾維制堿法 氨堿法 索氏制堿法的流程圖 氨堿法 索氏制堿原理 總反應(yīng)方程式 NH3 CO2 H2O NH4HCO3 NaCl CO2 H2O NH3 NaHCO3 NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 CO2循環(huán)使用 NH4Cl又可以與熟石灰反應(yīng) 產(chǎn)生NH3 重新作為原料使用 2NH4Cl Ca OH 2 2NH3 CaCl2 2H2O NH3循環(huán)使用 NH4HCO3 NaCl NaHCO3 NH4Cl 標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2和NH3在水中的溶解度如下表所示 0 076 18 思考 為什么在飽和食鹽水中先通入氨氣 即 NaCl 飽和溶液 NH3 先加 H2O 溶液中 CO2 后加 NH4Cl NaHCO3 溶解度一般 因?yàn)椴粩嗵砑釉线_(dá)到溶液飽和才沉淀 先添加NH3而不是CO2 CO2在NaCl中的溶解度很小 先通入NH3使食鹽水顯堿性 能夠吸收大量CO2氣體 產(chǎn)生高濃度的HCO3 才能析出NaHCO3晶體 以下是在一定溫度下一些物質(zhì)的溶解度 0 61 0 08 0 15 0 56 索爾維制堿法 CO2 NaCl NH3 索爾維法的優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 1 原料 食鹽和石灰石 便宜 2 產(chǎn)品純堿的純度高 3 副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用 4 制造步驟簡(jiǎn)單 適合于大規(guī)模生產(chǎn) 1 NaCl利用率低2 生成用途不大的CaCl2 原料 產(chǎn)物的生成 濾液的處理 三 侯氏制堿 聯(lián)合制堿法 侯氏制堿法的流程圖 聯(lián)合制堿法 1 合成氨工廠的反應(yīng) 2 向已經(jīng)氨化的飽和食鹽水中通入二氧化碳3 加熱碳酸氫鈉 得到碳酸鈉 N2的制取 空氣液化H2 CO2的制取 C H2O g H2 CO CO H2O g H2 CO2NH3的合成 N2 3H2 2NH3 高溫 高溫 NH3 H2O CO2 NaCl NH4Cl NaHCO3 析出 2NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 循環(huán)使用 思考1 在濾液中通入氨氣的目的 1 增大NH4 的濃度 使NH4Cl更多地析出 2 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3 提高析出NH4Cl的純度 思考2 在濾液中加入固體NaCl目的 同離子效應(yīng) 使NH4Cl沉降 在降溫至t1 以下分離析出更多的NH4Cl沉淀 同時(shí)又補(bǔ)充了下一過(guò)程中所要的Na NH4Cl NaCl 侯德榜制堿法 CO2 NH3 NaCl 濾液 NaCl NH4Cl 原料 產(chǎn)物的生成 NH3 NaCl 濾渣 NH4Cl 侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn) 1 提高了NaCl利用率2 產(chǎn)生了有用的化工原料和肥料NH4Cl 聯(lián)合制堿法 中 聯(lián)合 的意義 在聯(lián)合制堿中 所用原料CO2和NH3是由合成氨廠提供的 所以工業(yè)生產(chǎn)上常將侯氏制堿和合成氨聯(lián)合在一起 所以 稱(chēng)為 聯(lián)合制堿法 四 侯氏制堿法與索氏制堿法的異同點(diǎn) 1 相同點(diǎn) NaCl NH3 H2O CO2 NaHCO3 NH4Cl2NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 原理相同 2 不同點(diǎn) Ca OH 2 2NH4Cl 2NH3 CaCl2 2H2OCa OH 2來(lái)源 CaCO3 CaO CO2CaO H2O Ca OH 2 1 通入NH3 a 增大NH4 的濃度 使NH4Cl更多地析出b 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3 提高析出NH4Cl的純度2 降溫 并加入過(guò)量NaCl 低溫時(shí)NH4Cl溶解度比NaCl小 所以可以使NH4Cl析出 同時(shí)補(bǔ)充N(xiāo)a CO2NH3 CO2NaCl 1 原料 食鹽和石灰石 便宜 2 產(chǎn)品純堿的純度高 3 副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用 4 制造步驟簡(jiǎn)單 適合于大規(guī)模生產(chǎn) CO2 石灰石的煅燒NH3 Ca OH 2與NH4Cl的反應(yīng) CO2 高溫下焦炭與水蒸氣的反應(yīng)NH3 工業(yè)合成氨的反應(yīng) 1 NaCl利用率低2 生成用途不大的CaCl2 優(yōu)點(diǎn) 1 提高了NaCl利用率2 產(chǎn)生了有用的化工原料和肥料NH4Cl 課堂練習(xí)1 05上海 我國(guó)化學(xué)侯德榜改革國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)要表示如下 1 上述生產(chǎn)純堿的方法稱(chēng) 副產(chǎn)品的一種用途為 2 沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 3 寫(xiě)出上述流程中X物質(zhì)的分子式 聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法 作氮肥 NH3 CO2 H2O NaCl NH4Cl NaHCO3 CO2 4 使原料氯化鈉的利用率從70 提高到90 以上 主要是設(shè)計(jì)了 填上述流程中的編號(hào) 的循環(huán) 從沉淀池中取出沉淀的操作是 5 為檢驗(yàn)產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉 可取少量試樣溶于水后 再滴加 6 向母液中通氨氣 加入細(xì)小食鹽顆粒 冷卻析出副產(chǎn)品 通氨氣的作用有 增大NH4 的濃度 使NH4Cl更多地析出使NaHCO3更多地析出 c 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3 提高析出NH4Cl的純度 I 過(guò)濾 稀硝酸和硝酸銀溶液 a c 課堂練習(xí)2 工業(yè)生產(chǎn)的純堿中常含有少量的NaCl雜質(zhì) 某校研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)小組為了測(cè)定混合物中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 擬使用下圖實(shí)驗(yàn)裝置 先測(cè)定一定量的樣品和酸反應(yīng)放出二氧化碳的質(zhì)量 再計(jì)算混合物中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1 甲裝置的作用是 2 乙裝置反應(yīng)前先通數(shù)分鐘空氣的作用是 甲裝置反應(yīng)的離子方程式是 甲乙丙 吸收空氣中的二氧化碳 吸收二氧化碳中的水蒸氣 排出裝置中的二氧化碳?xì)怏w C