聯(lián)合制堿法
時(shí)間：2012-08-13 09:41 來源：博源集團(tuán)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，碳酸氫鈉之所以沉淀是因?yàn)樗娜芙舛容^小。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
索氏制堿法原理
NH3+CO2+H2O→NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl
總反應(yīng)方程式：
NaCl + CO2 + H2O + NH3→NaHCO3 ↓+ NH4Cl
2NaHCO3→△Na2CO3+H2O+CO2↑（CO2循環(huán)使用）
侯氏制堿法又名聯(lián)合制堿法
（1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3
（2）NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓
（3）2NaHCO3（加熱）=Na2CO3+H2O+CO2↑
即：①NaCl(飽和溶液)+NH3（先加）+H2O（溶液中）+CO2（后加）=NH4Cl+NaHCO3↓（溶解度一般，因?yàn)椴粩嗵砑釉线_(dá)到溶液飽和才沉淀）
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。
注：純堿就是碳酸鈉
侯氏制堿法的產(chǎn)生和發(fā)展
1920年，侯德榜先生毅然回國任職。他全身心地投入制堿工藝和設(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(huì)上獲得金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆．a(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(dòng)了侵華戰(zhàn)爭(zhēng)，他們看中了南京的硫酸銨廠，為此想收買侯德榜，但是遭到侯德榜的嚴(yán)正拒絕。為了不使工廠遭受破壞，他決定把工廠遷到四川，新建一個(gè)永利川西化工廠。
制堿的主要原料是食鹽，也就是氯化鈉，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。于是地又帶領(lǐng)技術(shù)人員，做起了實(shí)驗(yàn)。l次、2次、10次、100次……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(duì)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)的新紀(jì)元
侯氏制堿法的發(fā)明特點(diǎn)和原理
發(fā)明特點(diǎn)
針對(duì)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(zhēng)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(píng)價(jià)。1943年，中國化學(xué)工程師學(xué)會(huì)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(jiǎn)化了生產(chǎn)設(shè)備。此外，聯(lián)合制堿法也避免了生產(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(duì)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
侯氏制堿法的原理是依據(jù)離子反應(yīng)發(fā)生的原理進(jìn)行的，離子反應(yīng)會(huì)向著離子濃度減小的方向進(jìn)行。也就是很多初中高中教材所說的復(fù)分解反應(yīng)應(yīng)有沉淀、氣體和難電離的物質(zhì)生成。他要制純堿（Na2CO3），就利用NaHCO3在溶液中溶解度較小，所以先制得NaHCO3，再利用碳酸氫鈉不穩(wěn)定性分解得到純堿。要制得碳酸氫鈉就要有大量鈉離子和碳酸氫根離子，所以就在飽和食鹽水中通入氨氣，形成飽和氨鹽水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量的鈉離子、銨根離子、氯離子和碳酸氫根離子，這其中NaHCO3溶解度最小，所以析出，其余產(chǎn)品處理后可作肥料或循環(huán)使用。
