侯氏制碱法.ppt

纯碱工业的发展史纯碱工业的发展史：纯碱是重要的化工原料之一，也是大众消费纯碱是重要的化工原料之一，也是大众消费品，广泛应用于品，广泛应用于玻璃工业、钢铁工业、化学玻璃工业、钢铁工业、化学工业、医药工业、搪瓷、纺织、印染、造纸、工业、医药工业、搪瓷、纺织、印染、造纸、食品食品等多种工业的生产。等多种工业的生产。19831983年，世界纯碱年，世界纯碱产量为产量为30Mt30Mt。纯碱工业始于纯碱工业始于1818世纪末，世纪末，法法国人勒布朗，比利时人索尔维，中国人侯德国人勒布朗，比利时人索尔维，中国人侯德榜榜等，都先后作出了突出的贡献。等，都先后作出了突出的贡献。NaCl Na2SO4Na2SO4 Na2SNa2S Na2CO3+H2SO4浓浓+C+CaCO3一、勒布朗制碱法一、勒布朗制碱法原料原料:NaCl、H2SO4浓、浓、C、CaCO32NaCl+H2SO4Na2SO4+2HClNa2SO4+2CNa2S+2CO2Na2S+CaCO3Na2CO3+CaS缺点:此法因难于连续生产，又需硫酸作原料，设备腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵，所以在投产50年后不敌索尔维法的竞争，于20世纪20年代被淘汰。虽被索尔维法和其他方法所代替，但在历史上曾盛行一时，是化学工业发展史的一个里程碑。二、索尔维制碱法（氨碱法）：二、索尔维制碱法（氨碱法）：v索氏制碱法的流程图：（氨碱法）索氏制碱法的流程图：（氨碱法）索氏索氏制碱原理：制碱原理：总反应方程式：总反应方程式：总反应方程式：总反应方程式：NH3+CO2+H2ONH4HCO3NaCl+CO2+H2O+NH3NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2（CO2循环使用）循环使用）NH4Cl又可以与又可以与熟石灰熟石灰反应，产生反应，产生NH3，重新作为原料使用：，重新作为原料使用：2NH4Cl+Ca(OH)22NH3+CaCl2+2H2O（NH3循环循环使用使用）NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl饱和食盐水氨盐水沉淀NaHCO3滤液NH4Cl、NaCl石灰石Ca(OH)2石灰乳通NH3过滤洗涤通CO2煅烧CO2(循环使用）Na2CO3产品煅烧CO2CaONH3(循环使用）废液CaCl2、NaClCa(OH)2标准状况下准状况下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（体积比）1:1.71:700溶液的密度（gcm-3）10.88饱和溶液的物质的量浓度（molL-1）0.07618思考：思考：为什么在饱和食盐水中先通入氨气？v即：即：NaCl(饱和溶液饱和溶液)+NH3（先加）（先加）+H2O（溶液中）（溶液中）+CO2（后加）（后加）=NH4Cl+NaHCO3（溶解度一般，因为不（溶解度一般，因为不断添加原料达到溶液饱和才沉淀）断添加原料达到溶液饱和才沉淀）v（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，能够吸收大量CO2气体，产生高浓度的HCO3-,才能析出NaHCO3晶体。）以下是在一定温度下一些物质的溶解度溶解性固体的溶解度（/100g H2O）物质NaClNaHCO3NH4HCO3NH4Cl035.76.911.929.710039.1216.4分解75.80时饱和溶液中的物质的量(100gH2O)0.610.080.150.56索尔维制碱法索尔维制碱法CO2、NaCl、NH32NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O（NH4Cl、NaCl）Ca(OH)2NH3+CaCl2索尔维法的优点：缺点：1、原料（食盐和石灰石）便宜；2、产品纯碱的纯度高；3、副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；4、制造步骤简单，适合于大规模生产。1、NaCl利用率低2、生成用途不大的CaCl2 原料：产物的生成：滤液的处理三、侯氏制碱（联合制碱法）三、侯氏制碱（联合制碱法）侯氏制碱法的流程图侯氏制碱法的流程图(联合制联合制碱法碱法）1 1、合成氨工厂的反应：、合成氨工厂的反应：2 2、向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳、向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳 3 3、加热碳酸氢钠，得到碳酸钠加热碳酸氢钠，得到碳酸钠 N2的制取：的制取：空气液化空气液化H2、CO2的制取：的制取：C+H2O(g)(g)H2+CO、CO+H2O(g)H2+CO2NH3的合成的合成：N2+3H2 2 2NH3高温高温高温高温NH3+H2O+CO2+NaClNH4Cl+NaHCO3（析出）（析出）2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2（循（循环使用）使用）思考思考1 1：在滤液中通入氨气的目的：在滤液中通入氨气的目的1 1、增大、增大NHNH4 4+的浓度，使的浓度，使NHNH4 4ClCl更多地析出更多地析出2 2、使、使NaHCONaHCO3 3转化为转化为NaNa2 2COCO3 3，提高析出，提高析出NHNH4 4ClCl的纯度的纯度思考思考2 2：在滤液中加入固体：在滤液中加入固体NaClNaCl目的目的同离子效应，使同离子效应，使NHNH4 4ClCl沉降，在降温至沉降，在降温至t t1 1以下分以下分离析出更多的离析出更多的NHNH4 4ClCl沉淀，同时又补充了下一过程沉淀，同时又补充了下一过程中所要的中所要的N aN a+NHNH4 4ClClNaClNaCl侯德榜制碱法CO2、NH3、NaCl2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O 滤液的处理（NaCl、滤液：滤液：NaClNH4Cl）原料：产物的生成：NH3、NaCl滤渣：滤渣：NH4Cl 侯氏制碱法的优点：侯氏制碱法的优点：1 1、提高了、提高了NaClNaCl利用率利用率2 2、产生了有用的化工原料和肥料、产生了有用的化工原料和肥料 NHNH4 4ClCl“联合制碱法联合制碱法”中中“联合联合”的意的意义义？在联合制碱中，所用原料在联合制碱中，所用原料CO2和和NH3是由是由合成氨厂合成氨厂提供的，所以提供的，所以工业生产上常将侯氏制碱和合成工业生产上常将侯氏制碱和合成氨联合在一起，所以，称为氨联合在一起，所以，称为“联联合制碱法合制碱法”。四、侯氏制碱法与索氏制碱法的异同点：1、相同点：NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2原理相同 索氏制碱法（氨碱法）索氏制碱法（氨碱法）侯氏制碱（侯氏制碱（联联合制碱法）合制碱法）滤滤 液液 处处理方法理方法原原 料料 来来源源循循 环环 物物质质优优缺点缺点优优点：点：缺点：缺点：2、不同点：Ca(OH)2+2NH4Cl 2NH3+CaCl2+2H2OCa(OH)2来源：来源：CaCO3CaO+CO2CaO+H2O Ca(OH)21、通入、通入NH3：a、增增大大NH4+的的浓浓度度，使使NH4Cl更更多多地地析析出出b、使使NaHCO3转转化化为为Na2CO3，提提高高析析出出NH4Cl的纯度的纯度2、降降温温,并并加加入入过过量量NaCl：低低温温时时NH4Cl溶溶解解度度比比NaCl小小，所所以以可可以使以使NH4Cl析出，同时补充析出，同时补充Na+CO2NH3CO2NaCl1 1、原料（食盐和石灰石）便宜；、原料（食盐和石灰石）便宜；2 2、产品纯碱的纯度高；、产品纯碱的纯度高；3 3、副产品氨和二氧化碳都可以回收、副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；循环使用；4 4、制造步骤简单，适合于大规模生、制造步骤简单，适合于大规模生产。产。CO2：石灰石的煅烧：石灰石的煅烧 NH3：Ca(OH)2与与NH4Cl的反应的反应CO2：高温下焦炭与水蒸气的反应高温下焦炭与水蒸气的反应NH3：工业合成氨的反应工业合成氨的反应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优点优点：1、提高了、提高了NaCl利用率利用率2、产生了有用的化工原料、产生了有用的化工原料和肥和肥料料NH4Cl课堂练习1：（05上海）我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下CO2Na2CO3X食盐水循环II循环I母液(提取副产品)煅烧炉合成氨厂沉淀池NH3NH3(1)上述生产纯碱的方法称上述生产纯碱的方法称-，副产品的一种用副产品的一种用途为途为。(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是沉淀池中发生的化学反应方程式是。(3)写出上述流程中写出上述流程中X物质的分子式物质的分子式。联合制碱法或侯德榜制碱法作氮肥NH3+CO2+H2O+NaClNH4Cl+NaHCO3CO2(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是。(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加 。(6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有。(a)增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出(b)使NaHCO3更多地析出(c)使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出NH4Cl的纯度I过滤稀硝酸和硝酸银溶液a、cCO2Na2CO3X食盐水循环II循环I母液(提取副产品)煅烧炉合成氨厂沉淀池NH3NH3课堂练习2：工业生产的纯碱中常含有少量的NaCl杂质。某校研究性学习活动小组为了测定混合物中纯碱的质量分数，拟使用下图实验装置，先测定一定量的样品和酸反应放出二氧化碳的质量，再计算混合物中纯碱的质量分数。(1)甲装置的作用是 ；(2)乙装置反应前先通数分钟空气的作用是 ，甲装置反应的离子方程式是 。甲乙丙吸收空气中的二氧化碳吸收空气中的二氧化碳吸收二氧化碳中的水蒸气吸收二氧化碳中的水蒸气排出装置中的二氧化碳气体排出装置中的二氧化碳气体CO2+2OH-CO32-+H2O丙装置的作用是(3)若去掉丙装置，测得的CO2质量会 (填“偏大”或“偏小”)。(4)若取ng样品装入广口瓶，且反应前填满碱石灰的干燥管丁总质量为mg，实验结束后称得干燥管丁的总质量为w，则Na2CO3质量分数的计算式为 。甲乙丙偏大偏大谢谢大家!