工业生产纯碱:
纯碱(学名碳酸钠)实际上是盐,由于它在水中发生水解作用而使溶液呈碱性。纯碱易溶于水,呈强碱性,能提供
Na
+离子。这些性质使它们被广泛地用于制玻璃、肥皂、纺织、印染、漂白、造纸、精制石油、冶金及其他化学工业等各部门中。
碳酸钠在自然界中存在相当广泛。一些生长在盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠,可以从植物的灰烬中提取;当冬季来临时,碱湖中所含的碳酸钠结晶析出,经过简单的加工就可以使用。
世界上最早是通过路布兰法实现了碳酸钠的工业生产。其生产原理是:
用硫酸将食盐转变成硫酸钠
NaCl+H
2SO
4NaHSO
4+HCl↑NaCl+NaHSO
4Na
2SO
4+HCl↑
将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热,反应生成碳酸钠和硫化钙
Na
2SO
4+2C
Na
2S+2CO
2↑ Na
2S+CaCO
3Na
2CO
3+CaS
存在原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等
氨碱法生产硫酸:
氨碱法是由比利时人索尔维发明的,所以,氨碱法也称为索尔维制碱法。氨碱法的原料也是氯化钠和碳酸钙,不同的是它还使用了炼焦的副产品氨。
原料:CaCO
3、NaCl、NH
3 1.生成碳酸氢钠和氯气铵
将CO
2通入含NH3的饱和NaCl溶液中
NH
3+CO
2+H
2O==NH
4HCO
3 NaCl+NH
4HCO
3==NaHCO
3↓+NH
4Cl
2.抽取碳酸钠2NaHCO
3Na
2CO
3+CO
2↑+H
2O↑
氨碱法生产原理:
氨碱法的优点:原料便宜易得,氨和部分二氧化碳可循环利用,产品纯度高,步骤简单。氨碱法的缺点:副产物氯化钙的处理问题,氯化钠的利用率低。
联合制碱法:
我国化学侯德榜(下图)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联合制碱法或侯德榜制碱法,副产品的一种用途为化肥或电解液或焊药等。
(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是NH
3+CO
2+H
2O+NaCl=NH
4Cl+NaHCO
3↓或NH
3+CO
2+H
2O=NH
4HCO
3 NH
4HCO
3+NaCl=NaHCO
3↓+NH
4Cl。
(3)写出上述流程中X物质的分子式CO
2。
(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I 的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是过滤
(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,再滴加稀硝酸和硝酸银溶液
(6)向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品,通氨气的作用是:
①增大NH
4+的浓度,使NH4Cl更多地析出②使NaHCO
3转化为Na
2CO
3,提高析出的NH
4Cl纯度
联合法综合利用了合成氨的原料,提高了氯化钠的利用率,减少了环境污染。
NH
3、CO
2都来自于合成氨工艺;这样NH4Cl就成为另一产品化肥。综合利用原料、降低成本、减少环境污染,NaCl利用率达96%。
氯碱工业:
1.离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示:
电解法制碱的主要原料是饱和食盐水,由于粗盐水中含有泥沙,精制食盐水时经常进行以下措施
(1)过滤海水
(2)加入过量氢氧化钠,去除钙、镁离子,过滤 Ca
2++2OH
-=Ca(OH)
2(微溶) Mg
2++2OH
-=Mg(OH)
2↓
(3)加入过量氯化钡,去除硫酸根离子,过滤 Ba
2++SO
42-=BaSO
4↓
(4)加入过量碳酸钠,去除钙离子、过量钡离子,过滤 Ca
2++CO
32-=CaCO
3↓ Ba
2++CO
32-=BaCO
3↓
(5)加入适量盐酸,去除过量碳酸根离子 2H
++CO
32-=CO
2↑+H
2O
(6)加热驱除二氧化碳
(7)送入离子交换塔,进一步去除钙、镁离子
(8)电解 2NaCl+2H
2O
H
2↑+Cl
2↑+2NaOH 离子交换膜法制碱技术,具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点,是氯碱工业发展的方向。
2.以氯碱工业为基础的化工生产
NaOH、Cl
2和H
2都是重要的化工生产原料,可以进一步加工成多种化工产品,广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。
由电解槽流出的阴极液中含有30%的NaOH,称为液碱,液碱经蒸发、结晶可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜。阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。
2NaOH+Cl
2=NaCl+NaClO+H
2O H
2O+Cl
2=HCl+HClO H
2+Cl
2=2HCl 2NaOH+CO
2=Na
2CO
3(苏打)+H
2O NaOH+CO
2=NaHCO
3(小苏打)
随着人们环境保护意识的增强,对以氯碱工业为基础的化工生产过程中所造成的污染及其产品对环境造成的影响越来越重视。