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侯德榜制鹼法的原理和步驟

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侯德榜制鹼法的原理和步驟

侯氏制鹼法是我國化學工程專家侯德榜(1890~1974)於1943年創立的。是將氨鹼法和合成氨法兩種工藝聯合起來,同時生產純鹼和氯化銨兩種產品的方法。原料是食鹽、氨和二氧化碳——合成氨廠用水煤氣製取氫氣時的廢氣。其化學反應原理是:C+H2O=CO+H2 CO+H2O=CO2+H2

包括兩個過程:第一個過程是,將氨通入飽和食鹽水而成氨鹽水,再通入二氧化碳生成碳酸氫鈉沉澱,經過濾、洗滌得NaHCO3微小晶體,再煅燒製得純鹼產品,其濾液是含有氯化銨和氯化鈉的溶液。第二個過程是從含有氯化銨和氯化鈉的濾液中結晶沉澱出氯化銨晶體。由於氯化銨在常溫下的溶解度比氯化鈉要大,低溫時的溶解度則比氯化鈉小,而且氯化銨在氯化鈉的濃溶液裏的溶解度要比在水裏的溶解度小得多。所以在低溫條件下,向濾液中加入細粉狀的氯化鈉,並通入氨氣,可以使氯化銨單獨結晶沉澱析出,經過濾、洗滌和乾燥即得氯化銨產品。此時濾出氯化銨沉澱後所得的濾液,已基本上被氯化鈉飽和,可回收循環使用。

侯氏制鹼法的核心步驟是在飽和氯化鈉溶液中通入氨氣,至氨氣飽和後,繼續通入二氧化碳。此時溶液中存在接近飽和的鈉離子,氯離子,銨離子,以及碳酸氫根離子,其中碳酸氫鈉溶解度度最小,會析出形成沉澱。收集的碳酸氫鈉經過加熱可以製得純鹼碳酸鈉,生成的二氧化碳可以循環使用。

此時母液中存在着鈉離子,氯離子及銨離子,將母液冷卻並加入氯化鈉,使氯化鈉接近飽和,溶液中的氯化銨因受溫度降低影響,溶解度大幅降低,從母液中析出。經過過濾提純後可直接作爲制氨廠的固氨產品。剩餘母液可以加入氯化鈉後,循環使用。

侯德榜先生創造性的將制氨廠與制鹼廠聯合生產,整合了工藝,制氨廠的氨氣和副產品二氧化碳作爲制鹼廠的原材料,而制鹼廠的副產品氯化銨作爲制氨廠的固氨產品,這樣節約了接近三分之一的工藝,大大提高了氯化鈉的轉化率,又降低了污染,開創了制鹼工藝的新篇章。

1 向已經氨化的飽和食鹽水中通入二氧化碳

NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3(析出)

2 加熱碳酸氫鈉,得到碳酸鈉

2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2

3 利用碳酸鈉通入石灰水,製得氫氧化鈉

Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3

4 培燒碳酸鈣,得到二氧化碳循環

CaCO3=CaO+CO2

CaO+H2O=Ca(OH)2

5 向1步反應的母液中,加入過量食鹽,氯化銨結晶析出,製成化肥使用

侯德榜先生經過上千次試驗,在1943年研究成功了聯合制鹼法.這種方法把合成氨和純鹼兩種產品聯合生產,提高了食鹽利用率,縮短了生產流程,減少了對環境的污染,降低了純鹼的成本.