第三節(jié) 純堿的生產(chǎn)

1、第三節(jié)第三節(jié) 純堿的生產(chǎn)純堿的生產(chǎn)一、純堿工業(yè)的發(fā)展史一、純堿工業(yè)的發(fā)展史：純堿是重要的化工原料之一，也是大眾消費(fèi)純堿是重要的化工原料之一，也是大眾消費(fèi)品，廣泛應(yīng)用于品，廣泛應(yīng)用于玻璃工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、化學(xué)玻璃工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、搪瓷、紡織、印染、造紙、工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、搪瓷、紡織、印染、造紙、食品食品等多種工業(yè)的生產(chǎn)。等多種工業(yè)的生產(chǎn)。19831983年，世界純堿年，世界純堿產(chǎn)量為產(chǎn)量為30Mt30Mt。 純堿工業(yè)始于純堿工業(yè)始于1818世紀(jì)末，世紀(jì)末，法法國人勒布朗，比利時(shí)人索爾維，中國人侯德國人勒布朗，比利時(shí)人索爾維，中國人侯德榜榜等，都先后作出了突出的貢獻(xiàn)。等，都先后作出了

2、突出的貢獻(xiàn)。 自然界中哪些地自然界中哪些地方存在純堿？方存在純堿？碳酸鈉在自然界存在相當(dāng)廣泛碳酸鈉在自然界存在相當(dāng)廣泛 一些生長于鹽堿地和海岸附近的植物中含一些生長于鹽堿地和海岸附近的植物中含有碳酸鈉，可以從植物的灰燼中提取。有碳酸鈉，可以從植物的灰燼中提取。 大量的碳酸鈉主要來自一些地表堿湖，這大量的碳酸鈉主要來自一些地表堿湖，這些地區(qū)大多干旱、少雨，圖我國的內(nèi)蒙古些地區(qū)大多干旱、少雨，圖我國的內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、青海和寧夏等地，當(dāng)冬、吉林、黑龍江、青海和寧夏等地，當(dāng)冬季到來時(shí)，湖水中所含的碳酸鈉結(jié)晶析出季到來時(shí)，湖水中所含的碳酸鈉結(jié)晶析出，經(jīng)簡單的加工就得到天然堿，經(jīng)簡單的加工就得到天然

3、堿， 18世紀(jì)中期工業(yè)革命以后，天然堿和從植世紀(jì)中期工業(yè)革命以后，天然堿和從植物灰燼中提取的堿已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展物灰燼中提取的堿已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，純堿工業(yè)隨之發(fā)展起來。的需要，純堿工業(yè)隨之發(fā)展起來。思考與交流思考與交流 1.從天然堿的形成推測碳酸從天然堿的形成推測碳酸鈉在水中結(jié)晶析出主要受到鈉在水中結(jié)晶析出主要受到哪些因素的影響？哪些因素的影響？2.根據(jù)天然堿的存在及其主根據(jù)天然堿的存在及其主要化學(xué)成分，請你設(shè)想工業(yè)要化學(xué)成分，請你設(shè)想工業(yè)生產(chǎn)碳酸鈉的主要原料是什生產(chǎn)碳酸鈉的主要原料是什么？為什么？么？為什么？寸草不生的鹽堿地寸草不生的鹽堿地中國最大的內(nèi)陸湖泊，也是國內(nèi)最大的咸水湖

4、中國最大的內(nèi)陸湖泊，也是國內(nèi)最大的咸水湖青海湖青海湖自自然然界界中中有有純純堿堿嗎？嗎？內(nèi)蒙古鄂爾多斯合同查汗淖堿湖內(nèi)蒙古鄂爾多斯合同查汗淖堿湖 鄂爾多斯天然堿廠鄂爾多斯天然堿廠一、路布蘭法一、路布蘭法世界上最早實(shí)現(xiàn)純堿的工業(yè)生產(chǎn)世界上最早實(shí)現(xiàn)純堿的工業(yè)生產(chǎn)1.1.用硫酸將食鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徕c用硫酸將食鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徕cNaCl+H2SO4 NaHSO4+HClNaCl+NaHSO4 Na2SO4+HCl 1206007002.2.將硫酸鈉與木炭、石灰石一起加熱，反應(yīng)生成碳酸將硫酸鈉與木炭、石灰石一起加熱，反應(yīng)生成碳酸鈉和硫化鈣鈉和硫化鈣Na2SO4+2C Na2S+2CO2Na2S+CaCO3 Na

5、2CO3+CaS10001000路布蘭法路布蘭法缺點(diǎn)原料原料: NaCl、 H2SO4濃、濃、 C、CaCO3缺點(diǎn): 此法因難于連續(xù)生產(chǎn)，又需濃硫酸作原料，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量不純，原料利用不充分，價(jià)格較貴，所以在投產(chǎn)不久后不敵索爾維法的競爭，而被淘汰。雖然如此他的制堿法在歷史上曾盛行一時(shí)，是化學(xué)工業(yè)發(fā)展史的一個(gè)里程碑。 二、索爾維制堿法（氨堿法）：二、索爾維制堿法（氨堿法）：索氏制堿原理：索氏制堿原理：NH3+CO2+H2ONH4HCO3NaCl + CO2 + H2O + NH3 NaHCO3 + NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2（CO2循環(huán)使用）循環(huán)使用）NH4Cl

6、又可以與又可以與生石灰生石灰反應(yīng)，產(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)生NH3，重新作為原料使用：，重新作為原料使用： 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3+CaCl2+2H2O （NH3循環(huán)使用）循環(huán)使用）NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl飽和食鹽水氨鹽水沉淀NaHCO3濾液NH4Cl、NaCl石灰石Ca(OH)2石灰乳通NH3過濾洗滌通CO2煅燒CO2(循環(huán)使用）Na2CO3產(chǎn)品煅燒CO2CaONH3(循環(huán)使用）廢液CaCl2、NaClCa(OH)2總方程式：總方程式： 標(biāo)準(zhǔn)狀況下標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2和和NH3在水中的溶解度如下表所示在水中的溶解度如下表所示CO2NH3溶解性（體積比）1 : 1.71

7、: 700溶液的密度（g cm-3）10.88飽和溶液的物質(zhì)的量濃度（mol L-1）0.07618思考：思考：為什么在飽和食鹽水中先通入氨氣？以下是在一定溫度下一些物質(zhì)的溶解度溶解性固體的溶解度（/100g H2O）物質(zhì)NaClNaHCO3NH4HCO3NH4Cl035.76.911.929.710039.1216.4分解75.80時(shí)飽和溶液中的物質(zhì)的量(100gH2O)0.610.080.150.56 索爾維制堿法索爾維制堿法CO2 、 NaCl、 NH3 2NaHCO3Na2CO3 + CO2 + H2O （ NH4Cl、NaCl） Ca(OH)2NH3 + CaCl2索爾維法的優(yōu)點(diǎn)：缺

8、點(diǎn)：1、原料（食鹽和石灰石）便宜；2、產(chǎn)品純堿的純度高；3、副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；4、制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。1、 NaCl利用率低2、生成用途不大的CaCl2原料：產(chǎn)物的生成：濾液的處理侯德榜介紹：在中國化學(xué)工業(yè)史上，有一位杰出的科學(xué)家，他為祖國的化學(xué)工業(yè)事業(yè)奮斗終生，并以獨(dú)創(chuàng)的制堿工藝聞名于世界，他就像一塊堅(jiān)硬的基石，托起了中國現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的大廈，這位先驅(qū)者就是被稱為“國寶”的侯德榜。 侯德榜制堿背景：1937年，抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)，由于當(dāng)時(shí)內(nèi)地鹽價(jià)昂貴，用傳統(tǒng)的索爾維法制堿成本太高，無法維持生產(chǎn)，為尋找適應(yīng)內(nèi)地條件的制堿工藝，永利公司準(zhǔn)備向德國購買新的工藝，但德國與日本

9、暗中勾結(jié)，除了向侯德榜一行高價(jià)勒索外，還提出了種種對中國人來說是喪權(quán)辱國的條件，為了維護(hù)民族尊嚴(yán)，侯德榜與永利的工程技術(shù)人員一起，認(rèn)真剖析了察安法流程，終于確定了具有自己獨(dú)立特點(diǎn)的新的制堿工藝，1941年，這種新工藝被命名為“候氏制堿法”。三、侯氏制堿（聯(lián)合制堿法）三、侯氏制堿（聯(lián)合制堿法）侯氏制堿法的流程圖侯氏制堿法的流程圖(聯(lián)合制堿法）聯(lián)合制堿法）侯氏制堿法的原理侯氏制堿法的原理N2的制?。旱闹迫。嚎諝庖夯諝庖夯疕2、CO2的制?。旱闹迫。?C+H2O(g) (g) H2+CO 、 CO+H2O(g) H2+CO2 NH3的合成的合成： N2+3H2 2 2NH3高溫高溫高溫高溫NH3+

10、H2O+CO2+NaClNH4Cl+NaHCO3（析出）（析出） 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 1、合成氨工廠的反應(yīng)：、合成氨工廠的反應(yīng)：2、向已經(jīng)氨化的飽和食鹽水中通入二氧化碳、向已經(jīng)氨化的飽和食鹽水中通入二氧化碳3、 加熱碳酸氫鈉，得到碳酸鈉加熱碳酸氫鈉，得到碳酸鈉 思考思考1 1：在濾液中通入氨氣的目的？：在濾液中通入氨氣的目的？1 1、增大、增大NHNH4 4+ +的濃度，使的濃度，使NHNH4 4ClCl更多地析出更多地析出2 2、使、使NaHCONaHCO3 3轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為NaNa2 2COCO3 3，提高析出，提高析出NHNH4 4ClCl的純度的純度思考2：在濾液

11、中在濾液中加入固體NaCl目的同離子效應(yīng)，使同離子效應(yīng)，使NHNH4 4ClCl沉降，在降溫至沉降，在降溫至t t1 1以下分以下分離析出更多的離析出更多的NHNH4 4ClCl沉淀，同時(shí)又補(bǔ)充了下一過程沉淀，同時(shí)又補(bǔ)充了下一過程中所要的中所要的N aN a+ +NHNH4 4ClClNaClNaCl 侯德榜制堿法CO2 、NH3、NaCl 2NaHCO3Na2CO3 + CO2 + H2O 濾液的處理（NaCl、濾液：濾液：NaClNH4Cl）原料：產(chǎn)物的生成：NH3、NaCl濾渣：濾渣：NH4Cl侯氏侯氏制堿法的優(yōu)制堿法的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)“聯(lián)合制堿法聯(lián)合制堿法”中中“聯(lián)合聯(lián)合”的意的意義義？在聯(lián)合制

12、堿中，所用原料在聯(lián)合制堿中，所用原料COCO2 2和和NHNH3 3是是由由 提供的，所以工業(yè)生產(chǎn)上常提供的，所以工業(yè)生產(chǎn)上常將侯氏制堿和合成氨聯(lián)合在一起，所以，將侯氏制堿和合成氨聯(lián)合在一起，所以，稱為稱為“ “ 。1 1、提高了、提高了NaClNaCl利用率利用率2 2、產(chǎn)生了有用的化工原料、產(chǎn)生了有用的化工原料 和肥料和肥料 NHNH4 4ClCl合成氨廠合成氨廠聯(lián)合制堿法聯(lián)合制堿法”索氏制堿法的流程圖：（氨堿法）索氏制堿法的流程圖：（氨堿法）侯氏制堿法的流程圖侯氏制堿法的流程圖（聯(lián)合制堿法）聯(lián)合制堿法）飽和食鹽水氨鹽水沉淀NaHCO3濾液NH4Cl、NaCl石灰石Ca(OH)2石灰乳通N

13、H3過濾洗滌通CO2煅燒CO2(循環(huán)使用）Na2CO3產(chǎn)品煅燒CO2CaONH3(循環(huán)使用）廢液CaCl2、NaClCa(OH)2四、侯氏制堿法與索氏制堿法的異同點(diǎn)：1、相同點(diǎn)：NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 原理相同 索氏制堿法（氨堿法）索氏制堿法（氨堿法） 侯氏制堿（聯(lián)合制堿法）侯氏制堿（聯(lián)合制堿法）濾 液 處濾 液 處理方法理方法原 料 來原 料 來源源循 環(huán) 物循 環(huán) 物質(zhì)質(zhì)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 2、不同點(diǎn)：Ca(OH)2+2NH4Cl 2NH3+CaCl2+2H2OCa(OH)2來源：來源：CaCO3CaO+

14、CO2CaO+H2O Ca(OH)21、通入、通入NH3：a、增大、增大NH4+的濃度，使的濃度，使NH4Cl更多地析更多地析出出b、使、使NaHCO3轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析，提高析出出NH4Cl的純度的純度2、降溫降溫,并加入過量并加入過量NaCl： 低溫時(shí)低溫時(shí)NH4Cl 溶解度比溶解度比NaCl小，所以可小，所以可以使以使NH4Cl析出，同時(shí)補(bǔ)充析出，同時(shí)補(bǔ)充Na+CO2 NH3CO2 NaCl1 1、原料（食鹽和石灰石）便宜；、原料（食鹽和石灰石）便宜；2 2、產(chǎn)品純堿的純度高；、產(chǎn)品純堿的純度高；3 3、副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收、副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；循

15、環(huán)使用；4 4、制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生、制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。產(chǎn)。CO2 ：石灰石的煅燒：石灰石的煅燒 NH3 ：Ca(OH)2與與NH4Cl的反應(yīng)的反應(yīng)CO2 ：高溫下焦炭與水蒸氣的反應(yīng)高溫下焦炭與水蒸氣的反應(yīng)NH3 ：工業(yè)合成氨的反應(yīng)工業(yè)合成氨的反應(yīng)1、 NaCl利用率低利用率低 2、生成用途不大的、生成用途不大的CaCl2優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、提高了、提高了NaCl利用率利用率 2、產(chǎn)生了有用的化工原料、產(chǎn)生了有用的化工原料 和肥料和肥料 NH4Cl 課堂練習(xí)1： （05上海）我國化學(xué)侯德榜改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下CO2Na2CO3X食鹽水循環(huán)II循環(huán)I母液

16、(提取副產(chǎn)品)煅燒爐合成氨廠沉淀池NH3NH3(1) 上述生產(chǎn)純堿的方法稱上述生產(chǎn)純堿的方法稱， 副產(chǎn)品的一種用途為副產(chǎn)品的一種用途為。(2) 沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是。(3) 寫出上述流程中寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式物質(zhì)的分子式。 聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法作氮肥（了解：電鍍液、焊藥、祛痰藥等） NH3 + CO2 + H2O + NaCl NH4Cl + NaHCO3CO2(4) 使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計(jì)了（填上述流程中的編號）的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是。(5)為檢驗(yàn)產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加 。(6) 向母液中通氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有 。 增大NH4+的濃度，使NH4Cl更多地析出 使NaHCO3更多地析出(c)使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出NH4Cl的純度I過濾稀硝酸和硝酸銀溶液a、cCO2Na2CO3X食鹽水循環(huán)II循環(huán)I母液(提取副產(chǎn)品)煅燒爐合成氨廠沉淀池NH3NH3課堂練習(xí)2：工業(yè)生產(chǎn)的純堿中常含有少量的NaCl雜質(zhì)。某校研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)小組為了測定混合物中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，擬使用下圖實(shí)驗(yàn)裝置，先測定一定量的樣品和酸反應(yīng)放出二氧化碳的質(zhì)量，再計(jì)算混合物中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(1)甲裝置