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氨堿法(Solvay process、ammonia-soda process;又稱“索爾維制堿法”)是1861年比利時工業(yè)化學家歐內斯特·索爾維(Ernest Solvay,1832-1922)發(fā)明的用氨水來使氯化鈉轉變?yōu)樘妓徕c的方法。[1] 索爾維反應在一個高塔中完成。
索爾維法是工業(yè)生產(chǎn)碳酸鈉的主要方法。此法于19世紀60年代由索爾維公司實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)。此法原料便宜且易得:鹽鹵(來自井鹽或海鹽)和石灰石(開采自石灰石礦)。全世界2005年碳酸鈉產(chǎn)量估計為420億千克。[2]碳酸鈉產(chǎn)量的75%源于基于索爾維法的化工廠,其余為天然礦采集而來。
反應分三個步驟進行:
1. NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3
2. NH4HCO3 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl
3. 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
反應生成的二氧化碳(CO2)可以回收再用,而氯化銨(NH4Cl)又可以與生石灰反應,產(chǎn)生NH3,重新作為原料使用:
2NH4Cl + CaO → 2NH3 + CaCl2 + H2O
氨堿法使生產(chǎn)實現(xiàn)了連續(xù)性生產(chǎn),食鹽的利用率得到提高,產(chǎn)品質量純凈,因而被稱為“純堿”,但最大的優(yōu)點還在于成本低廉。
聯(lián)合制堿法又稱侯氏制堿法,用于在工業(yè)上制取純堿(Na2CO3),由化學家侯德榜于1930年發(fā)明,是世界上廣泛采用的制純堿法。
具體過程為:在飽和氨鹽水中(氨氣,氯化鈉都達到飽和的溶液)通入二氧化碳從而發(fā)生如下反應:
NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NH4Cl + NaHCO3↓
2NaHCO3 -加熱→ Na2CO3 + CO2↑ + H2O
反應中的碳酸氫鈉由于溶解度低而析出,可以進一步煅燒分解為碳酸鈉,水和二氧化碳,其中二氧化碳可以再次進入反應重復利用。
為了獲取存留在溶液中的氯化銨,在廢液中加入氯化鈉,并在30-40℃下向廢液中通入氨氣,然后降溫到10℃以下,由于氯化銨在30℃時的溶解度比氯化鈉大,而在10℃下溶解度比氯化鈉小,以及同離子效應,使氯化銨從母液析出,其母液又可作為下一次制堿的原料,重復利用。
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)氨時的副產(chǎn)品二氧化碳,革除了用石灰石加熱分解來生產(chǎn)的氨堿法,簡化了生產(chǎn)設備。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回收,相比于氨堿法更環(huán)保。
聯(lián)合制堿法也存在不足。較氨堿法而言,它的用氨量較大,在有些情況下不適用。
本文標簽:化學基礎
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