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侯氏制碱法又称联合制碱法,是我国化学工程专家侯德榜于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来,同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐水、氨气和二氧化碳-合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。此方法提高了食盐利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,降低了纯碱的成本,克服了氨碱法的不足,曾在全球享有盛誉,得到普遍采用。变换气制碱的联碱工艺,是我国独创,具有显著的节能效果。

侯德榜是我国化学工业的奠基人,纯碱工业的创始人。他发明的"侯氏制碱法"使合成氨和制碱两大生产体系有机地结合起来,在人类化学工业史上写下了光辉的一页,在学术界也获得了相当高的评价。

基本信息

  • 中文名

    侯氏制碱法

  • 外文名

    Combined Alkali Process

  • 别名

    联合制碱法

  • 发明人

    侯德榜

目录

折叠 编辑本段 介绍

折叠 发明者

侯德榜(1890年8月9日~1974年8月26日),名启荣,字致本,生于福建闽侯,著名科学家,杰出化学家,侯氏制碱法的创始人,中国重化学工业的开拓者。近代化学工业的奠基人之一。

20世纪20年代,突破氨碱法制碱技术的奥秘,主持建成亚洲第一座纯碱厂;30年代,领导建成了中国第一座兼产合成氨、硝酸、硫酸和硫酸铵的联合企业;40~50年代,又发明了连续生产纯碱与氯化铵的联合制碱新工艺,以及碳化法合成氨流程制碳酸氢铵化肥新工艺;并使之在60年代实现了工业化和大面积推广。

1926年中国"红三角"牌纯碱入万国博览会,获金质奖章。

他还积极传播交流科学技术,培育了很多科技人才,为发展科学技术和化学工业做出了贡献。

折叠 发明原理

氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵,这是第一步。第二步是:碳酸氢铵与氯化钠反应生成一分子的氯化铵和碳酸氢钠沉淀。 根据 NH4Cl 在常温时的溶解度比 NaCl 大,而在低温下却比 NaCl 溶解度小的原理,在 278K ~ 283K(5 ℃~ 10 ℃ ) 时,向母液中加入食盐细粉,而使 NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥。

折叠 化学原理

总反应方程式:

NaCl + CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl(可作氮肥)

2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑(CO2循环使用)(以加热作为反应条件)

(在反应中NaHCO3沉淀,所以这里有沉淀符号,这也正是这个方法的便捷之处)

即:①NaCl(饱和溶液)+NH3(先加)+H2O(溶液中)+CO2(后加)=NH4Cl+NaHCO3↓ (NaHCO3能溶于水,但是侯氏制碱法向饱和氯化钠溶液中通入氨气,由于氯化钠溶液饱和,生成的碳酸氢钠溶解度小于氯化钠,所以碳酸氢钠以沉淀析出)

(先添加NH3而不是CO2:CO2在NaCl中的溶解度很小,先通入NH3使食盐水显碱性(用无色酚酞溶液检验),能够吸收大量CO2气体,产生高浓度的HCO3,才能析出NaHCO3晶体。)

2NaHCO3(加热)=Na2CO3+H2O+CO2↑

折叠 发明特点

针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低,制碱成本高,废液、废渣污染环境和难以处理等不足,侯德榜先生经过上千次试验,在1943年研究成功了联合制碱法。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起,联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来,作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。为了实现这一设计,在1941一1943年抗日战争的艰苦环境中,在侯德榜的严格指导下,经过了500多次循环试验,分析了2000多个样品后,才把具体工艺流程定下来,这个新工艺使食盐利用率从70%一下子提高到96%,也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵,解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难侯德榜博士邮票侯德榜博士邮票题。这方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度,赢得了国际化工界的极高评价。1943年,中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为"侯氏联合制碱法"。所谓"联合制碱法"中的"联合",指该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起,利用了生产氨时的副产品CO2,革除了用石灰石分解来生产,简化了生产设备。此外,联合制碱法同时也避免了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙,而用可作化肥的氯化铵来回收,提高了食盐利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。

折叠 优缺点

优点:

保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点,使食盐的利用率提高到 96 %; NH4Cl 可做氮肥(氮肥不可与碱性物质混用,但可用草木灰检验其纯度);可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气 CO 转化成 CO2,革除了CaCO3制 CO2这一工序,减少可能造成的环境污染。

两个循环:

一:2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑(CO2循环使用)(以加热作为反应条件)

二:母液中加入食盐细粉,从而使 NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥。

第二个循环的具体操作:

①通入氨气,冷却后,加入NaCl,使得NH4Cl沉淀。过滤后,得到较纯净的NH4Cl晶体(产物),滤液为 饱和食盐水(含有氨气分子),经处理后方可回到第一步循环利用;

②不通氨气,冷却后,加入NaCl,使得NH4Cl沉淀。过滤后,得到NH4Cl晶体(产物),滤液为饱和食盐 水,可直接回到第一步循环利用。

原理:低温时,氯化铵的溶解度低于氯化钠的溶解度,而由于之前加入氯化钠(氨气)使得氯离子(铵根 离子)浓度提高,所以再根据勒夏特列原理,氯化铵将最先析出。

不足之处:

侯氏联合制碱法也存在不足。较氨碱法而言,它的用氨量较大,在有些情况下不适用。

折叠 编辑本段 发明历史

折叠 什么是纯碱

纯碱(碳酸钠)化学式为Na2CO3,俗名纯碱,又称苏打、碱灰,是一种重要的化工基本原料,纯碱的用途很广,一般都是利用它的碱性。它可用于制造玻璃,如平板玻璃、瓶玻璃、光学玻璃和高级器皿;还可利用脂肪酸与纯碱的反应制肥皂;在硬水的软化、石油和油类的精制、冶金工业中脱除硫和磷、选矿、以及铜、、线、、绍等金属的制备、化学工业中制取钠盐、金属碳酸盐漂白剂、填料、洗漆剂、催化剂及染料等均要用到它,在陶瓷工业中制取耐火材料也要用到纯碱。纯碱是重要的化工原料之一,用于制化学品清洗剂、洗漆剂、也用于照相术和制医药品。绝大部分用于工业,一小部分为民用。在工业用纯碱中,主要是轻工、建材、化学工业,约占三分之二;其次是冶金纺织石油国防医药及其它工业。

折叠 纯碱生产历史

纯碱是人类最早制取和使用的化学物质之一。7000多年以前,天然的碳酸钠首先是从幼发拉底河边生长的花的灰烬中提取的。大约5500年以前埃及人也开始用一种从湖水蒸发中提取的天然纯碱,生产装饰玻璃和作为铅酸硅砂聚和肥皂的一种成份。当人们从海藻类植物的灰中提取丰富的钠碱时,也从木材灰中得到了丰富的钾碱。用天然植物生产钾碱的方法一直延续到1870年,德国JP始采含钾盐矿才结束。

1790年获得专利权的路布兰制碱法是人类历史上第一个大规模化学制碱法。用此方法建成的碱厂曾遍布整个欧洲。路布兰制碱法一直延续到1930年,后来完全被索尔维制碱法所取代。

1861年,E.索尔维在煤气厂从事稀氨水的浓缩工作时,在用盐水吸收氨和二氧化碳的试验中得到碳酸氢钠。同年,他获得了用食盐、氨和二氧化碳制取碳酸钠的工业生产方法的专利。此种生产方法被称为索尔维法,又称氨碱法。

日本旭稍子公司于1950年在牧山化工厂建立日产30吨的联合制碱厂,1959年3月在千叶化工厂开始建立了新的联合制碱厂,日产300吨纯碱和氯化铵,命名为A.C.法。19世纪70年代日本氯化铵的生产供过于求,除恢复部分氨碱法生产外,旭稍子创建了新旭法,又称N.A.法。

折叠 发展历史

第一次世界大战后,中国从欧洲进口纯碱的道路被阻断,而当时垄断中国纯碱市场的英国卜内门洋碱公司却囤积居奇,碱价暴涨。看到这种情况,范旭东先生于1917年在实验室成功制出了碱。1920年成立"永利制碱公司",1922年请来侯德榜先生作为技术指导,他全身心的投入制碱工艺和设备的改进上,终于侯德榜侯德榜摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924年8月,塘沽碱厂正式投产。1926年,中国生产的"红三角"牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内,而且远销日本东南亚

1937年日本帝国主义发动了侵华战争,把工厂迁到四川,新建了永利川西化工厂。

制碱的主要原料是食盐,也就是氯化钠,而四川的盐都是井盐,要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于浓度稀,还要经过浓缩才能成为原料,这样食盐成本就高了。另外,索尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高,也就是说有30%的食盐要白白地浪费掉,这样成本就更高了,所以侯德榜决定不用索尔维制碱法,而另辟新路。

他首先分析了索尔维制碱法的缺点,发现主要在于原料中各有一半的比分没有利用上,只用了食盐中的钠和石灰中碳酸根,二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成了氯化钙,这个产物都没有利用上。那么怎祥才能使另一半成分变废为宝呢?他想呀想,设计了好多方案,但是-一都被推翻了。后来他终于想到,能否把索尔维制碱法和合成氨法结合起来,也就是说,制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供,滤液中的氯化铵加入食盐水,让它沉淀出来。这氯化铵既可作为化工原料,又可以作为化肥,这样可以大大地提高食盐的利用率,还可以省去许多设备,例如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。设想有了,能否成功还要靠实践。于是他又带领技术人员,做起了实验。一直进行了500多次试验,还分析了2000多个样品,才把试验搞成功,使设想成为了现实。

这个制碱新方法被命名为"联合制碱法",它使盐的利用率从原来的70%一下子提高到96%。此外,污染环境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥--氯化铵,还可以减少1/3设备,所以它的优越性大大超过了索尔维制碱法,从而开创了世界制碱工业的新纪元。

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