高中化學(xué)人教版選修2教案 1_3《純堿的生產(chǎn)》

1、 1.3 純堿的生產(chǎn)一、純堿的性質(zhì)純堿化學(xué)名為碳酸鈉，分子式Na2CO3,相對(duì)分子質(zhì)量106，系白色單斜體結(jié)晶，比重為2.533；熔點(diǎn)為840852 。 純堿易溶與水。在35.4是溶解度最大，100克水可以溶解49.7克碳酸鈉。純堿易吸潮，在空氣中吸收水蒸氣和二氧化碳而結(jié)塊，生成重堿：Na2CO3+CO2+H2O = 2NaHCO3 純堿加熱至400時(shí)開始分解，生成氧化鈉和二氧化碳：Na2CO3 Na2O+CO2 純堿與酸類反應(yīng)生成鹽，并放出二氧化碳： Na2CO3+H2SO4 = Na2SO4+ CO2+H2O 純堿與石灰水作用生成氫氧化鈉-苛化燒堿的反應(yīng)： Na2C

2、O3+Ca(OH)2 = 2NaOH+CaCO3 純堿與鹽類起復(fù)分解反應(yīng)-氯化鈉精制反應(yīng)之一： Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3+ Na2SO4二、制堿工業(yè)的發(fā)展 遠(yuǎn)在幾千年前，勞動(dòng)人民就有使用堿的知識(shí)，在沒有工業(yè)方法生產(chǎn)堿以前人們所需要的堿都取自天然堿和草木灰。至于應(yīng)用化學(xué)方法制取純堿，還只是近兩百年的事情。1、路步蘭法1791年，法國(guó)人路步蘭成功地研究出以食鹽為原料的制堿法，即路步蘭法，該發(fā)首先用硫酸和食鹽制取硫酸鈉、石灰石和炭，按100：100：35.5的重量比混合,在反射爐或回轉(zhuǎn)爐內(nèi)煅燒（9501000C），生成熔塊（黑灰），再經(jīng)浸取、蒸發(fā)、短少等過程而得到純堿。產(chǎn)品中含碳

3、酸鈉約為95%左右。 該法的主要化學(xué)反應(yīng)為： H2SO4+2NaCl =Na2SO4+2HCl Na2SO4+ CaCO3+2C Na2CO3+CaS+2CO2 制取硫酸鈉時(shí)產(chǎn)生的氯化氫氣體，經(jīng)水吸收制成或用氧化法制成氯氣。浸取“黑灰”后的廢渣，經(jīng)與二氧化碳作用可得到硫化氫；從硫化氫中可回收硫磺。路步蘭法盛行一時(shí)。但其放的主要生產(chǎn)過程系在固相中進(jìn)行，并且需要高溫，生產(chǎn)不能、連續(xù)，原料利用不充分，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。因此，人們除了改進(jìn)路步蘭法之外，又在探索新的制堿方法。 2、氨堿法（索爾維法） 1861年，比利時(shí)人索爾維綜合前人的工作并實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)，于1863年實(shí)現(xiàn)索爾維法制堿，即氨堿法。該法以食鹽、石

4、灰石為原料，借氨的媒介作用，經(jīng)石灰石煅燒，鹽水精制、吸氨、碳酸化，碳酸氫鈉過濾、煅燒，母液蒸餾等工序制得純堿。氨堿法生產(chǎn)過程主要工序的基本化學(xué)反應(yīng)如下： (1)石灰乳的制備：CaCO3CaO+ CO2 CaO+H2O=Ca(OH)2 (2) 鹽水 吸氨、碳酸化，生成碳酸氫鈉和氯化銨： NaCl+NH3+ CO2+H2O= NaHCO3+NH4Cl(3) 碳酸氫鈉（重堿）煅燒制得純堿；分解出二氧化碳循環(huán)使用： 2NaHCO3 Na2 CO3CO2 H2O (4)氯化銨母液加石灰乳蒸餾，回收氨：2 NH4Cl+Ca(OH)2 = 2CaCl2+2NH3+H2O 氨堿法生產(chǎn)純堿其主要化工過程：以氨和

5、二氧化碳與氯化鈉（食鹽）水溶液反應(yīng)，生成碳酸氫鈉和氯化銨，將碳酸氫鈉結(jié)晶煅燒制得純堿；氯化銨母液蒸餾回收氨循環(huán)使用。 氨堿法具有原料普遍易得，價(jià)格低廉,生產(chǎn)連續(xù)，產(chǎn)品純度高（含碳酸鈉98.5%以上），適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但仍然存在兩個(gè)缺點(diǎn)：其一，氯化鈉的利用率低，氯化鈉的轉(zhuǎn)化率在理論上可以達(dá)到84%，實(shí)際生產(chǎn)中由于氯化鈉在氨水中的溶解度和碳酸化反應(yīng)速率的限制，工業(yè)上一般只能達(dá)到72%76%氯化鈉只利用了其中的部分鈉離子，24%28%的鈉離子和全部的氯離子被廢棄。氯化鈉的總利用率不足30%。其二，廢液的處理問題。每生產(chǎn)1 噸堿約有10米3左右的廢液排除，難以處理。因此，此法生產(chǎn)純堿成本太高

6、。3、聯(lián)合制堿法（侯氏制堿法）在創(chuàng)新中不斷提升對(duì)于氨堿法中所存在的缺點(diǎn)，長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)外科學(xué)工作者，不遺余力地合理的解決辦法。一種比較理想的方法是將氨、堿兩大工業(yè)聯(lián)合生產(chǎn)，以氯化鈉、合成氨及生產(chǎn)合成氨的副產(chǎn)物二氧化碳為原料，同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品。稱為“聯(lián)合生產(chǎn)純堿和氯化銨的方法”或“聯(lián)合制堿法”。1942年我國(guó)化學(xué)家侯德榜同志綜合了我國(guó)實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，結(jié)合他多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了比較完整的聯(lián)合制堿流程，科學(xué)地把合成氨工藝與制堿工藝聯(lián)合起來，同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨，稱“聯(lián)合制堿法”，但是，在本帝國(guó)主義和國(guó)民黨反動(dòng)派的破壞下，這項(xiàng)技術(shù)沒有得到發(fā)展，直到解放后才得以大力的推廣，于1964年經(jīng)國(guó)家

7、技術(shù)鑒定后投入大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。下面重點(diǎn)介紹這種方法：三、 聯(lián)合制堿工藝優(yōu)勢(shì) 當(dāng)前國(guó)際純堿市場(chǎng)逐漸形成了美國(guó)、中國(guó)、歐洲三分天下的格局。美國(guó)天然堿資源得天獨(dú)厚，生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)水平高。歐洲氨堿法技術(shù)成熟，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。而中國(guó)聯(lián)堿法形成自己鮮明的特色。 氨堿法生產(chǎn)純堿雖然具有原料普遍易得，產(chǎn)品純度高，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿則有更大的優(yōu)勢(shì)：一是原料的利用率高。聯(lián)堿生產(chǎn)中母液循環(huán)使用、氯化鈉中的鈉離子用來制造堿，氯化鈉用來制造氯化銨。這樣鹽的利用率可達(dá)93以上。而氨堿法鈉的利用率僅73，氯利用率為零，整體利用率只有28左右；另外聯(lián)堿法利用合成氨生產(chǎn)排出的二氧化碳制堿，節(jié)省了石灰石

8、、焦炭等原料。二是廢物排放少。聯(lián)堿在生產(chǎn)過程中無大量廢液、廢渣排出，每噸只有幾千克到幾十千克，選擇廠址自由度較大；而氨堿法每噸純堿約10立方米的廢液排出，難以處理，不宜在內(nèi)陸建廠。三是能源消耗低，可比單位綜合能耗，聯(lián)堿法為71008200MJ，而氨堿法為1200014000MJ。四是成本低，聯(lián)堿法同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨，因此單位成本較低。四、聯(lián)合制堿法原理及流程 聯(lián)合制堿法（簡(jiǎn)稱聯(lián)堿法）與氨堿法之主要不同處在于：把過濾碳酸氫鈉后的母液中的氯化銨分離出來，因此，聯(lián)堿法的特點(diǎn)是同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品。1、 氯化銨的分離（1）熱法（蒸發(fā)法） 將過濾母液加熱蒸餾脫出游離氨和二氧化碳，再加熱蒸發(fā)析出

9、氯化鈉，分離氯化鈉結(jié)晶后的母液經(jīng)冷卻降溫析出氯化銨（此為先析鹽后析氨；也可先析氨后析鹽）。 氯化銨水溶液具有較大的腐蝕性，而熱法制取氯化銨有是在高溫、高濃度的條件下進(jìn)行操作，腐蝕性更強(qiáng)，蒸發(fā)器材料不易解決。采用鈦和鈦鋁合金材料價(jià)格較高；不透性石墨材料強(qiáng)度較低；環(huán)氧酚醛加石墨灰填料烤漆和搪瓷防腐，也有被破壞現(xiàn)象。因此，如何采用有效的防腐蝕措施是熱法生產(chǎn)的關(guān)鍵。（2）冷法將過濾母液降溫、加入固體氯化鈉 的方法，即本報(bào)告所介紹的聯(lián)合制堿法。該法分兩個(gè)過程：第一過程為生產(chǎn)純堿的過程，簡(jiǎn)稱制堿過程；第二過程為生產(chǎn)氯化銨的過程，簡(jiǎn)稱制銨過程，兩個(gè)過程構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，向循環(huán)系統(tǒng)中加入原料（氨、氯化鈉、二氧

10、化碳和水）不斷地生產(chǎn)出純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品。制堿過程，與氨堿法相似。將母液2吸氨、碳酸化, 使碳酸氫鈉析出,過濾分離,再將碳酸氫鈉結(jié)晶煅燒制得純堿。 其主要化學(xué)反應(yīng)為： NaCl+NH3+ CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2 NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 制氨過程：將母液1吸氨、降溫并加入氯化鈉，使氯化銨單獨(dú)析出成為產(chǎn)品。（加入氯化鈉的目的：由于母液1內(nèi)的碳酸氫鈉、碳酸氫銨和氯化銨三種鹽是共同飽和的，為防止它們與氯化銨同時(shí)析出須加入氯化鈉，以增大重碳酸鹽的溶解度、降低氯化銨的溶解度，使之由母液中單獨(dú)析出）。2、工藝流程簡(jiǎn)介 原料鹽(氯化鈉)在洗鹽機(jī)內(nèi)用飽和氯化鈉溶液(鹵水

11、)洗滌,出去其中大部分鈣、鎂雜質(zhì),在經(jīng)粉碎機(jī)粉碎,立洗桶分級(jí)、稠厚,濾鹽機(jī)憤怒里，制成符合規(guī)定純度、粒度的洗鹽.洗鹽送至鹽析結(jié)晶器;洗滌液(俗稱臟鹵水)循環(huán)使用,當(dāng)其中含雜質(zhì)較高時(shí),則回收處理. 初開工時(shí)在鹽析結(jié)晶器內(nèi)制備飽和鹽水,飽和鹽水經(jīng)吸氨器吸收氨制成氨鹽水.氨鹽水(正常生產(chǎn)用氨母液2)在炭化塔內(nèi)吸收二氧化碳,使其中的氯化鈉和氨轉(zhuǎn)化成碳酸氫鈉和氯化銨,并且使碳酸氫鈉析出成為碳酸氫鈉懸浮液, 碳酸氫鈉懸浮液經(jīng)濾堿機(jī)分離的出固體碳酸氫鈉(俗稱重堿)送到煅燒爐加熱分解成碳酸鈉,包裝即為純堿產(chǎn)品;分解出的二氧化碳?xì)饨?jīng)冷凝塔、洗滌塔降溫和洗滌,再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮送入碳化塔制堿. 過濾重堿后的母液(母液1)經(jīng)吸氨器吸收氨制成母液2,去清洗外冷器,然后經(jīng)換熱器進(jìn)行熱交換.降溫后送入冷析結(jié)晶器,通過外冷器與冰機(jī)系統(tǒng)送來的載冷體(鹵水)進(jìn)行熱交換,冷卻析出部分氯化銨;清液(半母液2)有冷析結(jié)晶器溢流入鹽析結(jié)晶器,加入洗鹽再析出部分氯化銨.有冷析