侯氏制堿法原理.doc

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1、侯氏制堿法第一次世界大戰(zhàn)后，中國從歐洲進口純堿的道路被阻斷,而當時壟斷中國純堿市場的英國卜內門洋堿公司卻囤積居奇,堿價暴漲。看到這種情況，范旭東先生于1917年在實驗室成功制出了堿。1920年成立“永利制堿公司”，1922年請來侯德榜先生作為技術指導,他全身心的投入制堿工藝和設備的改進上，終于摸索出了索爾維法的各項生產技術。1924年8月,塘沽堿廠正式投產。1926年，中國生產的“紅三角”牌純堿在美國費城的萬國博覽會上獲得金質獎章。產品不但暢銷國內，而且遠銷日本和東南亞。1937年日本帝國主義發(fā)動了侵華戰(zhàn)爭，把工廠遷到四川，新建了永利川西

2、化工廠。制堿的主要原料是食鹽，也就是氯化鈉，而四川的鹽都是井鹽，要用竹筒從很深很深的井底一桶桶吊出來。由于濃度稀，還要經過濃縮才能成為原料，這樣食鹽成本就高了。另外，索爾維制堿法的致命缺點是食鹽利用率不高，也就是說有30%的食鹽要白白地浪費掉，這樣成本就更高了，所以侯德榜決定不用索爾維制堿法，而另辟新路。他首先分析了索爾維制堿法的缺點，發(fā)現(xiàn)主要在于原料中各有一半的比分沒有利用上，只用了食鹽中的鈉和石灰中碳酸根，二者結合才生成了純堿。食鹽中另一半的氯和石灰中的鈣結合生成了氯化鈣，這個產物都沒有利用上。那么怎祥才能使另一半成分變廢為寶呢？他想

3、呀想，設計了好多方案，但是—一都被推翻了。后來他終于想到，能否把索爾維制堿法和合成氨法結合起來，也就是說，制堿用的氨和二氧化碳直接由氨廠提供，濾液中的氯化銨加入食鹽水，讓它沉淀出來。這氯化銨既可作為化工原料，又可以作為化肥，這樣可以大大地提高食鹽的利用率，還可以省去許多設備，例如石灰窯、化灰桶、蒸氨塔等。設想有了，能否成功還要靠實踐。于是他又帶領技術人員，做起了實驗。一直進行了500多次試驗，還分析了2000多個樣品，才把試驗搞成功，使設想成為了現(xiàn)實。這個制堿新方法被命名為“聯(lián)合制堿法”，它使鹽的利用率從原來的70%一下子提高到96%。此

4、外，污染環(huán)境的廢物氯化鈣成為對農作物有用的化肥——氯化銨，還可以減少1/3設備，所以它的優(yōu)越性大大超過了索爾維制堿法，從而開創(chuàng)了世界制堿工業(yè)的新紀元。[1]?發(fā)明特點針對索爾維法生產純堿時食鹽利用率低，制堿成本高，廢液、廢渣污染環(huán)境和難以處理等不足，侯德榜先生經過上千次試驗，在1943年研究成功了聯(lián)合制堿法。這個新工藝是把氨廠和堿廠建在一起，聯(lián)合生產。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晶出來，作為化工產品或化肥。食鹽溶液又可以循環(huán)使用。為了實現(xiàn)這一設計，在1941一1943年抗日戰(zhàn)爭的艱苦環(huán)境中，在侯德

5、榜的嚴格指導下，經過了500多次循環(huán)試驗，分析了2000多個樣品后，才把具體工藝流程定下來，這個新工藝使食鹽利用率從70%一下子提高到96%，也使原來無用的氯化鈣轉化成化肥氯化銨，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水平推向了一個新高度，贏得了國際化工界的極高評價。1943年，中國化學工程師學會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，利用了生產氨時的副產品CO2，革除了用石灰石分解來生產，簡化了生產設備。此外，聯(lián)合制堿法同時也避免了

6、生產氨堿法中用處不大的副產物氯化鈣，而用可作化肥的氯化銨來回收，提高了食鹽利用率，縮短了生產流程，減少了對環(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。發(fā)明原理氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨，這是第一步。第二步是：碳酸氫銨與氯化鈉反應生成一分子的氯化銨和碳酸氫鈉沉淀。根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)時，向母液中加入食鹽細粉，而使NH4Cl單獨結晶析出供做氮肥。化學原理總反應方程式：NaCl+CO2?+NH3+H2O=NaHCO3↓

7、+NH4Cl（可作氮肥）2NaHCO3=加熱=Na2CO3+H2O+CO2↑（CO2循環(huán)使用）(在反應中NaHCO3沉淀，所以這里有沉淀符號，這也正是這個方法的便捷之處）即：①NaCl(飽和溶液)+NH3（先加）+H2O（溶液中）+CO2（后加）=NH4Cl+NaHCO3↓（NaHCO3能溶于水，但是侯氏制堿法向飽和氯化鈉溶液中通入氨氣，由于氯化鈉溶液飽和，生成的碳酸氫鈉溶解度小于氯化鈉，所以碳酸氫鈉以沉淀析出）（先添加NH3而不是CO2：CO2在NaCl中的溶解度很小，先通入NH3使食鹽水顯堿性，能夠吸收大量CO2氣體，產生高濃度的HC

8、O3-,才能析出NaHCO3晶體。）②2NaHCO3（加熱）=Na2CO3+H2O+CO2↑優(yōu)點保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥；可與合成氨廠