侯氏制碱法

纯碱工业的发展史 纯碱是重要的化工原料之一 也是大众消费品 广泛应用于玻璃工业 钢铁工业 化学工业 医药工业 搪瓷 纺织 印染 造纸 食品等多种工业的生产 1983年 世界纯碱产量为30Mt 纯碱工业始于18世纪末 法国人勒布朗 比利时人索尔维 中国人侯德榜等 都先后作出了突出的贡献 NaClNa2SO4Na2SO4Na2SNa2SNa2CO3 H2SO4浓 C CaCO3 一 勒布朗制碱法原料 NaCl H2SO4浓 C CaCO3 2NaCl H2SO4 Na2SO4 2HCl Na2SO4 2C Na2S 2CO2 Na2S CaCO3 Na2CO3 CaS 缺点 此法因难于连续生产 又需硫酸作原料 设备腐蚀严重 产品质量不纯 原料利用不充分 价格较贵 所以在投产50年后不敌索尔维法的竞争 于20世纪20年代被淘汰 虽被索尔维法和其他方法所代替 但在历史上曾盛行一时 是化学工业发展史的一个里程碑 二 索尔维制碱法 氨碱法 索氏制碱法的流程图 氨碱法 索氏制碱原理 总反应方程式 NH3 CO2 H2O NH4HCO3 NaCl CO2 H2O NH3 NaHCO3 NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 CO2循环使用 NH4Cl又可以与熟石灰反应 产生NH3 重新作为原料使用 2NH4Cl Ca OH 2 2NH3 CaCl2 2H2O NH3循环使用 NH4HCO3 NaCl NaHCO3 NH4Cl 标准状况下CO2和NH3在水中的溶解度如下表所示 0 076 18 思考 为什么在饱和食盐水中先通入氨气 即 NaCl 饱和溶液 NH3 先加 H2O 溶液中 CO2 后加 NH4Cl NaHCO3 溶解度一般 因为不断添加原料达到溶液饱和才沉淀 先添加NH3而不是CO2 CO2在NaCl中的溶解度很小 先通入NH3使食盐水显碱性 能够吸收大量CO2气体 产生高浓度的HCO3 才能析出NaHCO3晶体 以下是在一定温度下一些物质的溶解度 0 61 0 08 0 15 0 56 索尔维制碱法 CO2 NaCl NH3 索尔维法的优点 缺点 1 原料 食盐和石灰石 便宜 2 产品纯碱的纯度高 3 副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用 4 制造步骤简单 适合于大规模生产 1 NaCl利用率低2 生成用途不大的CaCl2 原料 产物的生成 滤液的处理 三 侯氏制碱 联合制碱法 侯氏制碱法的流程图 联合制碱法 1 合成氨工厂的反应 2 向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳3 加热碳酸氢钠 得到碳酸钠 N2的制取 空气液化H2 CO2的制取 C H2O g H2 CO CO H2O g H2 CO2NH3的合成 N2 3H2 2NH3 高温 高温 NH3 H2O CO2 NaCl NH4Cl NaHCO3 析出 2NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 循环使用 思考1 在滤液中通入氨气的目的 1 增大NH4 的浓度 使NH4Cl更多地析出 2 使NaHCO3转化为Na2CO3 提高析出NH4Cl的纯度 思考2 在滤液中加入固体NaCl目的 同离子效应 使NH4Cl沉降 在降温至t1 以下分离析出更多的NH4Cl沉淀 同时又补充了下一过程中所要的Na NH4Cl NaCl 侯德榜制碱法 CO2 NH3 NaCl 滤液 NaCl NH4Cl 原料 产物的生成 NH3 NaCl 滤渣 NH4Cl 侯氏制碱法的优点 1 提高了NaCl利用率2 产生了有用的化工原料和肥料NH4Cl 联合制碱法 中 联合 的意义 在联合制碱中 所用原料CO2和NH3是由合成氨厂提供的 所以工业生产上常将侯氏制碱和合成氨联合在一起 所以 称为 联合制碱法 四 侯氏制碱法与索氏制碱法的异同点 1 相同点 NaCl NH3 H2O CO2 NaHCO3 NH4Cl2NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 原理相同 2 不同点 Ca OH 2 2NH4Cl 2NH3 CaCl2 2H2OCa OH 2来源 CaCO3 CaO CO2CaO H2O Ca OH 2 1 通入NH3 a 增大NH4 的浓度 使NH4Cl更多地析出b 使NaHCO3转化为Na2CO3 提高析出NH4Cl的纯度2 降温 并加入过量NaCl 低温时NH4Cl溶解度比NaCl小 所以可以使NH4Cl析出 同时补充Na CO2NH3 CO2NaCl 1 原料 食盐和石灰石 便宜 2 产品纯碱的纯度高 3 副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用 4 制造步骤简单 适合于大规模生产 CO2 石灰石的煅烧NH3 Ca OH 2与NH4Cl的反应 CO2 高温下焦炭与水蒸气的反应NH3 工业合成氨的反应 1 NaCl利用率低2 生成用途不大的CaCl2 优点 1 提高了NaCl利用率2 产生了有用的化工原料和肥料NH4Cl 课堂练习1 05上海 我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺 生产流程可简要表示如下 1 上述生产纯碱的方法称 副产品的一种用途为 2 沉淀池中发生的化学反应方程式是 3 写出上述流程中X物质的分子式 联合制碱法或侯德榜制碱法 作氮肥 NH3 CO2 H2O NaCl NH4Cl NaHCO3 CO2 4 使原料氯化钠的利用率从70 提高到90 以上 主要是设计了 填上述流程中的编号 的循环 从沉淀池中取出沉淀的操作是 5 为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠 可取少量试样溶于水后 再滴加 6 向母液中通氨气 加入细小食盐颗粒 冷却析出副产品 通氨气的作用有 增大NH4 的浓度 使NH4Cl更多地析出使NaHCO3更多地析出 c 使NaHCO3转化为Na2CO3 提高析出NH4Cl的纯度 I 过滤 稀硝酸和硝酸银溶液 a c 课堂练习2 工业生产的纯碱中常含有少量的NaCl杂质 某校研究性学习活动小组为了测定混合物中纯碱的质量分数 拟使用下图实验装置 先测定一定量的样品和酸反应放出二氧化碳的质量 再计算混合物中纯碱的质量分数 1 甲装置的作用是 2 乙装置反应前先通数分钟空气的作用是 甲装置反应的离子方程式是 甲乙丙 吸收空气中的二氧化碳 吸收二氧化碳中的水蒸气 排出装置中的二氧化碳气体 C