侯氏制堿法和索爾維制堿法的本質(zhì)區(qū)別是什么？
碳酸鈉（Na2CO3）用途非常廣泛，可用于醫(yī)藥、造紙、冶金、玻璃、紡織、染料等工業(yè)，也可用作食品工業(yè)發(fā)酵劑，也是居家生活必備，洗衣、去污、除臭，無(wú)所不能。雖然人們?cè)群髲柠}堿地和鹽湖中獲得碳酸鈉，但仍不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需要。
1862年，比利時(shí)人歐內(nèi)斯特·索爾維(ErnestSolvay 1838-1922)發(fā)明了以食鹽（氯化鈉）、石灰石（經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳）、氨氣為原料制取碳酸鈉的'索爾維制堿法'(又稱(chēng)氨堿法)。其工業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程如圖所示。
索爾維制堿法的原理：
（1）碳酸氫鈉的生成
先使氨氣通入飽和食鹽水中而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成溶解度較小的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨溶液
NaCl+NH3+H2O+CO2= NH4Cl+NaHCO3↓
CO2的來(lái)源：CaCO3=（高溫）CaO+CO2↑，
（2）純堿的生成
2NaHCO3=（△）Na2CO3+CO2↑+H2O
（3）氨的回收
CaO+ H2O=Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
氨堿法的優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：原料食鹽、石灰石價(jià)廉易得，產(chǎn)品純度較高、副產(chǎn)品二氧化碳和氨氣課循環(huán)使用、生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單
缺點(diǎn)：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率低（只要約70%，約有30%的NaCl留在母液中）。
此后，英、法、德、美等國(guó)相繼建立了大規(guī)模生產(chǎn)純堿的工廠，并組織了索爾維公會(huì)，對(duì)會(huì)員以外的國(guó)家實(shí)行技術(shù)封鎖。
第一次世界大戰(zhàn)期間，歐亞交通梗塞。由于我國(guó)所需純堿都是從英國(guó)進(jìn)口的，一時(shí)間，純堿非常缺乏，一些以純堿為原料的民族工業(yè)難以生存。1917年，愛(ài)國(guó)實(shí)業(yè)家范旭東在天津塘沽創(chuàng)辦了永利堿業(yè)公司，決心打破洋人的壟斷，生產(chǎn)出中國(guó)的純堿。他聘請(qǐng)正在美國(guó)留學(xué)的侯德榜（1890-1974）先生出任總工程師。
1920年，侯德榜先生毅然回國(guó)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(guó)生產(chǎn)的'紅三角'牌純堿在美國(guó)費(fèi)城的萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上獲得金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?/strong>。產(chǎn)品不但暢銷(xiāo)國(guó)內(nèi)，而且遠(yuǎn)銷(xiāo)日本和東南亞。
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(guò)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(lái)，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1941~1943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(guò)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(lái)，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(lái)無(wú)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(guó)際化工界的極高評(píng)價(jià)。1943年，中國(guó)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(lái)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(lái)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。
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。他要制純堿（Na2CO3），就利用NaHCO?在溶液中溶解度較小，所以先制得NaHCO?。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。其工業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程如圖所示。
其化學(xué)方程式可以歸納為以下兩步反應(yīng)。
（1）將二氧化碳通入氨水的氯化鈉飽和溶液中，使溶解度較小的碳酸氫鈉從溶液中析出：
NaCl+NH3+H2O+CO2=NH4Cl+NaHCO3↓
（2）過(guò)濾得到碳酸氫鈉晶體，NaHCO3熱穩(wěn)定性很差，受熱容易分解：
2NaHCO3=（△）Na2CO3+CO2↑+H2O
根據(jù)NH4Cl在常溫下的溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在（5℃~10℃）向母液加入NaCl，則NH4Cl析出，得到化肥，提高了NaCl的利用率。
侯氏制堿法具有以下優(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%以上；另外它綜合利用了氨廠的二氧化碳和堿廠的氯離子，同時(shí)，生產(chǎn)出兩種可貴的產(chǎn)品——純堿和氯化銨。
將氨廠的廢氣二氧化碳，轉(zhuǎn)變?yōu)閴A廠的主要原料來(lái)制取純堿，這樣就節(jié)省了堿廠里用于制取二氧化碳的龐大的石灰窯；將堿廠的無(wú)用的成分氯離子(Cl-)來(lái)代替價(jià)格較高的硫酸固定氨廠里的氨，制取氮肥氯化銨。從而不再生成沒(méi)有多大用處、又難于處理的氯化鈣，減少了對(duì)環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性。
相關(guān)產(chǎn)品：
內(nèi)容來(lái)源：格物化學(xué)，版權(quán)歸原作者所有，如涉及版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們刪除。
Previous
Next
Previous
Next