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侯氏制堿法原理

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1、侯氏制堿法 第一次世界大戰(zhàn)后,中國從歐洲進(jìn)口純堿的道路被阻斷,而當(dāng)時(shí)壟斷中國純堿市場的英國卜內(nèi)門洋堿公司卻囤積居奇,堿價(jià)暴漲??吹竭@種情況,范旭東先生于1917年在實(shí)驗(yàn)室成功制出了堿。1920年成立“永利制堿公司”,1922年請來侯德榜先生作為技術(shù)指導(dǎo),他全身心的投入制堿工藝和設(shè)備的改進(jìn)上,終于 摸索出了索爾維法的各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)。1924年8月,塘沽堿廠正式投產(chǎn)。1926年,中國生產(chǎn)的“紅三角”牌純堿在美國費(fèi)城的萬國博覽會上獲得金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。產(chǎn)品不但暢銷國內(nèi),而且遠(yuǎn)銷日本和東南亞。 1937年日本帝國主義發(fā)動了侵華戰(zhàn)爭,把工廠遷到四川,新建了永利川西化工廠。 制堿的主要原料是食鹽,也就是氯化

2、鈉,而四川的鹽都是井鹽,要用竹筒從很深很深的井底一桶桶吊出來。由于濃度稀,還要經(jīng)過濃縮才能成為原料,這樣食鹽成本就高了。另外,索爾維制堿法的致命缺點(diǎn)是食鹽利用率不高,也就是說有30%的食鹽要白白地浪費(fèi)掉,這樣成本就更高了,所以侯德榜決定不用索爾維制堿法,而另辟新路。 他首先分析了索爾維制堿法的缺點(diǎn),發(fā)現(xiàn)主要在于原料中各有一半的比分沒有利用上,只用了食鹽中的鈉和石灰中碳酸根,二者結(jié)合才生成了純堿。食鹽中另一半的氯和石灰中的鈣結(jié)合生成了氯化鈣,這個(gè)產(chǎn)物都沒有利用上。那么怎祥才能使另一半成分變廢為寶呢?他想呀想,設(shè)計(jì)了好多方案,但是—一都被推翻了。后來他終于想到,能否把索爾維制堿法和合成氨法結(jié)合起

3、來,也就是說,制堿用的氨和二氧化碳直接由氨廠提供,濾液中的氯化銨加入食鹽水,讓它沉淀出來。這氯化銨既可作為化工原料,又可以作為化肥,這樣可以大大地提高食鹽的利用率,還可以省去許多設(shè)備,例如石灰窯、化灰桶、蒸氨塔等。設(shè)想有了,能否成功還要靠實(shí)踐。于是他又帶領(lǐng)技術(shù)人員,做起了實(shí)驗(yàn)。一直進(jìn)行了500多次試驗(yàn),還分析了2000多個(gè)樣品,才把試驗(yàn)搞成功,使設(shè)想成為了現(xiàn)實(shí)。 這個(gè)制堿新方法被命名為“聯(lián)合制堿法”,它使鹽的利用率從原來的70%一下子提高到96%。此外,污染環(huán)境的廢物氯化鈣成為對農(nóng)作物有用的化肥——氯化銨,還可以減少1/3設(shè)備,所以它的優(yōu)越性大大超過了索爾維制堿法,從而開創(chuàng)了世界制堿工業(yè)的新

4、紀(jì)元。[1] 發(fā)明特點(diǎn) 針對索爾維法生產(chǎn)純堿時(shí)食鹽利用率低,制堿成本高,廢液、廢渣污染環(huán)境和難以處理等不足,侯德榜先生經(jīng)過上千次試驗(yàn),在1943年研究成功了聯(lián)合制堿法。這個(gè)新工藝是把氨廠和堿廠建在一起,聯(lián)合生產(chǎn)。由氨廠提供堿廠需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化銨用加入食鹽的辦法使它結(jié)晶出來,作為化工產(chǎn)品或化肥。食鹽溶液又可以循環(huán)使用。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì),在1941一1943年抗日戰(zhàn)爭的艱苦環(huán)境中,在侯德榜的嚴(yán)格指導(dǎo)下,經(jīng)過了500多次循環(huán)試驗(yàn),分析了2000多個(gè)樣品后,才把具體工藝流程定下來,這個(gè)新工藝使食鹽利用率從70%一下子提高到96%,也使原來無用的氯化鈣轉(zhuǎn)化成化肥氯化銨,解決了氯化鈣占

5、地毀田、污染環(huán)境的難題。這方法把世界制堿技術(shù)水平推向了一個(gè)新高度,贏得了國際化工界的極高評價(jià)。1943年,中國化學(xué)工程師學(xué)會一致同意將這一新的聯(lián)合制堿法命名為“侯氏聯(lián)合制堿法”。所謂“聯(lián)合制堿法”中的“聯(lián)合”,指該法將合成氨工業(yè)與制堿工業(yè)組合在一起,利用了生產(chǎn)氨時(shí)的副產(chǎn)品CO2,革除了用石灰石分解來生產(chǎn),簡化了生產(chǎn)設(shè)備。此外,聯(lián)合制堿法同時(shí)也避免了生產(chǎn)氨堿法中用處不大的副產(chǎn)物氯化鈣,而用可作化肥的氯化銨來回收,提高了食鹽利用率,縮短了生產(chǎn)流程,減少了對環(huán)境的污染,降低了純堿的成本。聯(lián)合制堿法很快為世界所采用。 發(fā)明原理 氨氣與水和二氧化碳反應(yīng)生成一分子的碳酸氫銨,這是第一步。第二步是:碳酸

6、氫銨與氯化鈉反應(yīng)生成一分子的氯化銨和碳酸氫鈉沉淀。 根據(jù) NH4Cl 在常溫時(shí)的溶解度比 NaCl 大,而在低溫下卻比 NaCl 溶解度小的原理,在 278K ~ 283K(5 ℃~ 10 ℃ ) 時(shí),向母液中加入食鹽細(xì)粉,而使 NH4Cl 單獨(dú)結(jié)晶析出供做氮肥。 化學(xué)原理 總反應(yīng)方程式: NaCl + CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl(可作氮肥) 2NaHCO3=加熱=Na2CO3+H2O+CO2↑(CO2循環(huán)使用) (在反應(yīng)中NaHCO3沉淀,所以這里有沉淀符號,這也正是這個(gè)方法的便捷之處) 即:①NaCl(飽和溶液)+NH3(先加)+H2O(溶液中)+CO2

7、(后加)=NH4Cl+NaHCO3↓ (NaHCO3能溶于水,但是侯氏制堿法向飽和氯化鈉溶液中通入氨氣,由于氯化鈉溶液飽和,生成的碳酸氫鈉溶解度小于氯化鈉,所以碳酸氫鈉以沉淀析出) (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。) ②2NaHCO3(加熱)=Na2CO3+H2O+CO2↑ 優(yōu)點(diǎn) 保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn),消除了它的缺點(diǎn),使食鹽的利用率提高到 96 %; NH4Cl 可做氮肥;可與合成氨廠聯(lián)合,使合成氨的原料氣 CO 轉(zhuǎn)化成 CO2,革除了 CaCO3制 CO2這一工序,減少可能造成的環(huán)境污染。 注:純堿就是碳酸鈉(Na2CO3) 在制堿過程中向?yàn)V出NaHCO3晶體后的NH4Cl溶液中加熟石灰以回收氨,使之循環(huán)使用: 2NH4Cl+Ca(OH)2(加熱)= CaCl2+2NH3↑+2H2O

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