化工方向课件 氯碱的生产

重庆化工职业学院,氯碱的生产,重庆化工职业学院,第一节 概 述,一、氯碱化工发展简史氯碱工业是基本化学工业之一,它的产品烧碱和氯气在国民经济中占有重要地位,广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部门。生产烧碱和氯气有着悠久的历史,早在中世纪就发现了存在于盐湖中的纯碱,后来就发明了以纯碱和石灰为原料制取NaOH的方法即苛化法：,重庆化工职业学院,Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3因为苛化过程需要加热,因此就将NaOH称为烧碱,以别于天然碱(Na2CO3)直到19世纪末,世界上一直以苛化法生产烧碱。,重庆化工职业学院,采用电解法制烧碱始于1890年,隔膜法和水银法几乎差不多同时发明。隔膜法于1890年在德国首先出现,第-台水银法电解槽是在1892年取得专利。食盐电解工业发展中的困难,首先是如何将阳极产生的氯气与阴极产生的氢气和氢氧化钠分开,不致发生爆炸和生成氯酸钠,以上两种生产方法都成功地解决了这个难题。前者以多孔隔膜将阴阳两极隔开,后者则以生成钠汞齐的方法使氯气分开。这样,就奠定了两种不同的生产工艺的基础,并一直沿用到现在。,重庆化工职业学院,我国氯碱工业是在本世纪二十年代才开始创建的。第一家氯碱厂是上海天原电化厂（现在的上海天原化工厂前身），1930年正式投产，日产烧碱2吨。到1949年全国解放为止,全国仅有氯碱厂9家,年产量仅1.5万吨。,重庆化工职业学院,二、氯碱工业的特点,氯碱工业的特点除原料易得、生产流程较短外,主要还有三个突出问题。、能源消耗大 氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝,按照目前国内生产水平.每生产1吨100%烧碱需耗电2580度,耗汽5吨，总能耗折标准煤为1.815吨。1988年我国氯碱工业用电量占全国总发电量的1.5%。因此，电力供应情况和电价对氯碱产品的生产成本影响很大。重视选用先进工艺,提高电解槽的电、能效率和碱液蒸发热能的利用率,以降低烧碱的电耗和蒸汽消耗,始终是氯碱生产企业的一项核心工作 。,重庆化工职业学院,、氯与碱的平衡 电解食盐水溶液时，按固定质量比（1:0.85）同时产出烧碱和氯气两种产品。在一个国家和地区,对烧碱和氯气的需求量不一定符合这一比例。因此就出现了烧碱和氯气的供需平衡问题。在一般情况下,发展中国家在工业发展初期用氯量较少.由于氯气不宜长途运输,所以总是以氯气的需要量来决定烧碱的产量,因此往往会出现烧碱短缺现象。在石油化工和基本有机原料发展较快的国家和地区,氯的用量就技大,因此就出现烧碱过剩。总之烧碱和氯气的平衡始终是氯碱工业发展中的一个恒定的矛盾。,重庆化工职业学院,、腐蚀和污染 氯碱产品如烧碱、盐酸等均具有强腐蚀性,在生产过程中使用的原材料如石棉、汞和所产生的含氯废气都可能对环境造成污染,因此防止腐蚀和三废处理也一直是氯碱工业的努力方向。,重庆化工职业学院,三、氯碱工业产品,氯碱工业联产的主产品是烧碱和氯气，同时副产氢气。作为基本化工原料的“三酸二碱”，氯碱工业的盐酸和烧碱占其中的两种，此外氯和氢还可进一步加工成许多化工产品。氯碱工业及其主要产品如下：,重庆化工职业学院,(1)烧碱 是一种用途很广的化工产品，也可用来生产肥皂和洗涤剂等；(2)液氯 可用于水的消毒，氯气可用来生产漂白、消毒用的无机氯产品(次氯酸钠、次氯酸钙)；有机氯农药(如速灭威、含氯菊酯等)；有机氯产品(聚氯乙烯、含氯溶剂1，1，1一三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、环氧氯丙烷、氯丁橡胶、氟氯烃等)；,重庆化工职业学院,(3)氢气 除用于合成HCl气制盐酸和生产聚氯乙烯外，还可用于各种加氢反应，生产硬化油、过氧化氢、二氨基甲苯以及炼钨、生产多晶硅等金属氧化物还原过程。,重庆化工职业学院,重庆化工职业学院,四、氯碱工业生产的基本过程,氯碱生产过程的核心部分是电解工序，各种生产方法的不同之处在于电解工艺的区别。除了电解过程之外，氯碱生产过程还应包括盐水的精制和烧碱、氯气与氢气三种产品的处理加工系统。图为氯碱厂的主要组成示意图。,重庆化工职业学院,重庆化工职业学院,小结：氯碱工业的产品；氯碱工业主要特点和工艺流程。作业：1、氯碱工业的特点有哪些？2、作出氯碱工艺流程示意图。,重庆化工职业学院,重庆化工职业学院,第二节 氯碱化工相关化学品性质简介,重庆化工职业学院,一、烧碱（NaOH）,NaOH固体溶于水放热；又称烧碱、火碱、苛性钠，是常见的、重要的强碱化学式NaOH 分子量40.01。密度2.130克/厘米3，熔点318.4，沸点1390，固体NaOH中OH以O-H共价键结合，Na与OH以强离子键结合，溶于水其解离度近乎100%，故其水溶液呈强碱性，可使无色的酚酞试液变成红色，或使PH试纸变蓝等。,重庆化工职业学院,纯的无水氢氧化钠为白色半透明，结晶状固体。氢氧化钠极易溶于水，溶度随温度的升高而增大，溶解时能放出大量的热，288K时其饱和溶液浓度可达26.4mol/L。它的水溶液有涩味和滑腻感，溶液呈强碱性，具备碱的一切通性。市售烧碱有固态和液态两种：纯固体烧碱呈白色，有块状、片状、棒状、粒状，质脆；纯液体烧碱为无色透明液体。氢氧化钠还易溶于乙醇、甘油；但不溶于乙醚、丙酮、液氨。,重庆化工职业学院,对纤维、皮肤、玻璃、陶瓷等有腐蚀作用，溶解或浓溶液稀释时会放出热量；与无机酸发生中和反应也能产生大量热，生成相应的盐类；与金属铝和锌、非金属硼和硅等反应放出氢；与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应。能从水溶液中沉淀金属离子成为氢氧化物；能使油脂发生皂化反应，生成相应的有机酸的钠盐和醇，这是去除织物上的油污的原理。,重庆化工职业学院,二、氯气,1、组成结构原子结构：氯原子最外层有7个电子，反应中易得到1个电子分子结构：氯气分子为双原子分子，分子式Cl2离子结构：氯离子最外层有8个电子，因而很稳定,重庆化工职业学院,2、物理性质在通常情况下：氯气是黄绿色的气体、氯气有毒、并有刺激性气味、密度比空气大、熔沸点较低、能溶于水易溶于有机溶剂、压强为101kPa、温度为-34.6时易液化。如果将温度继续冷却到-101时，液氯变成固态氯。1体积水在常温下可溶解2体积氯气氯气有毒，闻有毒气体气味的方法是(扇动法)：用手轻轻在瓶口扇动，使极少量的气体飘进鼻孔,重庆化工职业学院,3、化学性质1与金属反应2NaCl22NaCl (现象：剧烈燃烧，白烟)CuCl2CuCl2 (现象：剧烈燃烧，棕色烟)2Fe3Cl22FeCl3思考：(1)上述反应中，氯元素的化合价变动有何共同特点?为什么?Cl2作什么剂?(2)对比铁跟盐酸的反应，铁跟氯气的反应体现了氯气的什么性质?答案：(1)都从0价1价因为最外层有7e，易得到1e达到8e稳定结构Cl2作氧化剂(2)体现了Cl2的氧化性比HCl强，是强氧化剂,重庆化工职业学院,2与非金属反应燃烧：发光、发热的剧烈化学反应。3与水反应在该反应中，氧化剂是Cl2，还原剂是Cl2，改写成离子反应方程式是：Cl2H2O HClHClO(1)氯气的水溶液叫氯水，饱和氯水呈现黄绿色，具有刺激性气味，主要含有的粒子有Cl2、H2O、HClO、H、Cl、ClO,重庆化工职业学院,(2)次氯酸的性质弱酸性：是一元弱酸，属弱电解质，酸性弱于碳酸HClONaOHNaClOH2ONaClOHClHClONaCl2NaClOCO2H2ONa2CO32HClO,重庆化工职业学院,不稳定性：由于HClO的分解，使Cl2和水逐渐反应，直至氯水失效，因此氯水要现用现制，保存在棕色试剂瓶中氯水久置将变成稀盐酸强氧化性：HClO能氧化许多物质杀菌漂白性：能使有色布条、品红试剂等有色物质褪色，其原理主要是利用其强的氧化性说明：干燥Cl2本身没有漂白性，只有转化成HClO才有漂白性,重庆化工职业学院,4与碱溶液反应a.Cl22NaOHNaClNaClOH2Ob.2Cl22Ca(OH)2CaCl2Ca(ClO)22H2O上述两反应中，Cl2作氧化剂和还原剂漂白粉：(1)有效成分是Ca(ClO)2(2)漂白原理c.Ca(ClO)2CO2H2OCaCO32HClO(3)久置失效的原因(用反应式说明)Ca(ClO)2CO2H2OCaCO32HClO；2HclO 2HClO2(4)保存方法：隔绝空气密封保存,重庆化工职业学院,四、用途,学习物质的用途要与其性质紧密联系，因为性质决定用途下列Cl2的用途各是基于Cl2的什么性质?用于消毒溶于水生成的HClO具有强氧化性；制盐酸与H2反应生成HCl；制漂白粉与Ca(OH)2反应；制多种农药；制氯仿等有机溶剂；制塑料等思考：工业制漂白粉为什么选用Ca(OH)2而不选用NaOH?而吸收Cl2防止中毒或污染空气却选用NaOH溶液而不选用Ca(OH)2?答案：Ca(OH)2价廉易得、成本较低；NaOH溶液碱性强、吸收效率高,重庆化工职业学院,五、氯气对人体的危害,氯气吸入后,主要作用于气管、支气管、细支气管和肺泡,导致相应的病变,部分氯气又可由呼吸道呼出。人体对氯的嗅阈为0.06mg/m3; 90mg/m3,可致剧咳; 120180mg/m3, 3060min可引起中毒性肺炎和肺水肿; 300mg/m3时,可造成致命损害; 3000mg/m3时,危及生命; 高达30000mg/m3时,一般滤过性防毒面具也无保护作用。,重庆化工职业学院,扩展：1Cl2为何可应用于生化武器？答案：氯气是一种黄绿色有毒的气体，它主要通过呼吸道侵入人体氯气对上呼吸道黏膜会造成有害的影响，它会溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽症状重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻1 L空气中最多可允许含Cl2 0.001 mg，超过这个量就会引起人体中毒所以，氯气曾被用作强杀伤性的武器如在第一次世界大战期间，一次德军与英法军战士在比利时的伊普尔对峙，黎明时，英、法军前线战壕里的士兵突然看到一股阴森森的黄绿色气体逐渐向前袭来，很快数百名英、法军战士窒息而死，数千名士兵双目失明这是1915年4月22日发生的令人发指的事件由于Cl2有毒，所以，我们在闻Cl2气味时要用手在瓶口轻轻扇动，仅使极少量的Cl2飘入鼻孔 。,重庆化工职业学院,2目前我国饮用水消毒主要是用氯消毒法，即向自来水中通入一定量Cl2或加入漂白粉、漂粉精你知道其中的原因吗?答案：Cl2与水反应、漂白粉、漂粉精在水中都能生成强氧化性的HClO，具有杀菌消毒作用3工业上常用H2跟Cl2反应生成HCl，让其溶于水合成盐酸H2跟Cl2反应既可在点燃也可在光照条件下，那么工业上是选用哪种方式使二者反应的?为什么？答案：点燃，光照会发生爆炸4氯原子、氯分子、氯离子三种粒子的性质相同吗?谁最活泼?谁最稳定?答案：不同，氯原子最活泼，氯离子最稳定5怎样使用漂白粉才能使漂白效果更好?家庭中应怎样保存漂白粉?答案：使用漂白粉时，可以向其中加少量稀酸，使其更快转化成HClO，效果更好隔绝空气密封保存,重庆化工职业学院,三、氢气,氢气是世界上最轻的气体。它的密度非常小，只有空气的1/14。所以用氢气充灌的气球，必须用手牢牢捉住。否则，只要一撒手它就会闪闪升上天空。灌好的氢气球，往往过一夜，第二天就飞不起来了。这是因为氢气能钻过橡胶上人眼看不见的小细孔。不仅如此,在高温、高压下,氢气甚至可以穿过很厚的钢板。要气球能够在空中飘扬，那么就要在气球内的气体密度较小（比空气小）。,重庆化工职业学院,发现1766年由卡文迪许（H.Cavendish）在英国判明。,重庆化工职业学院,物理性质分子式：H2沸点：-252.77(20.38K)密度：0.09kg/m3相对分子质量：2.016生产方法：电解、裂解、煤制气等主要性能高燃烧性，还原剂，液态温度比氮更低,重庆化工职业学院,a. 可燃性：纯氢的引燃温度为400。氢气在空气里的燃烧，实际上是与空气里的氧气发生反应，生成水。2H2+O2=2H2O(点燃)这一反应过程中有大量热放出，是相同条件下汽油的三倍。因此可用作高能燃料，在火箭上使用。我国长征3号火箭就用液氢燃料。不纯的H2点燃时会发生爆炸。但有一个极限，当空气中所含氢气的体积占混合体积的474.2%时，点燃都会产生爆炸，这个体积分数范围叫爆炸极限。,重庆化工职业学院,b. 还原性氢气与氧化铜反应，实质是氢气夺取氧化铜中的氧生成水，使氧化铜变为红色的金属铜。CuO+H2=Cu+H2O(加热)在这个反应中，氧化铜失去氧变成铜，氧化铜被还原了，即氧化铜发生了还原反应。这种含氧化合物失去氧