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    工業(yè)上生產(chǎn)碳酸銷(純堿)大都采用“氨堿法”①.現(xiàn)在我們把這個(gè)方法的化學(xué)原理、設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程和優(yōu)缺點(diǎn)等分段講述于下:

     化學(xué)原理 從碳酸鈉的分子式Na2CO3來(lái)看，它是由鈉離子和碳酸根離子組成的電解質(zhì)，因此，制取它最理想的方法是，用兩種能提供這些離子的物質(zhì)為原料，經(jīng)復(fù)分解反應(yīng)而得到，食鹽(NaCI)和石灰石(CaCO3)似乎是符合上述要求的最便宜的原料，但是，石灰石不辯于水，不能和食鹽直接發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈉，事實(shí)上，自然界里也沒(méi)有其他可溶性的碳酸鹽可作為原料的。因此必須先制成一種“中間產(chǎn)物”作為過(guò)渡，反應(yīng)原理是這樣的:

   (1)把石灰石在高溫下煅燒，分解得到二氧化碳的生石

   (2)把二氧化碳通入他和的氮水中，使生成碳酸氫銨的溶液:

   (3)碳酸氫鐵溶液跟食鹽辯液起復(fù)分解反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸氫鈉沉淀作為一個(gè)中間產(chǎn)物:

   (4)然后，把溶液過(guò)濾得到碳酸氫鈉固體，再在高溫下雙燒，分解成碳酸鈉:

①這個(gè)生產(chǎn)方法是比利時(shí)工程師蘇爾維于1861年首先提出的，所以也叫蘇爾維法。

     實(shí)際上,反應(yīng)(2)和(3)是在同一一榕液中連續(xù)進(jìn)行的，它們是一組連續(xù)的可逆反應(yīng)，NaHCO,成沉淀析出是使這兩個(gè)可逆反應(yīng)的平衡向前移動(dòng)的原因，也是氫堿法成功的關(guān)鍵。以必須選擇和采用有利于形成NaHCO3沉淀的條件和措施。

    首先，我們注意到溫度:降低溫度有利于CO3氣體和氨氣的溶解，從而增加反應(yīng)物的濃度，也就促使形成NH4HCO3的平衡向前移動(dòng)，同時(shí)也就接著有利于反應(yīng)(3)的形成NaHCO3的平衡的向前移動(dòng)。當(dāng)然在反應(yīng)(3)中 NaHCO3本身的溶解度也因溫度降低而變小，使它容易從溶液中析出，結(jié)果亦使反應(yīng)(3)的平衡向前移動(dòng)，從而影響反應(yīng)(2)的平衡也向前移動(dòng)，但是，溫度降低也會(huì)影響反應(yīng)(3)中的其他鹽類的容解度下降，所以我們應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)臏囟?，在這個(gè)溫度下，既使NaHCO3的辯解度較小，而且和其他鹽類的容解度比較，差別又較大，這樣，就有利于NaHCO3的沉淀分離。實(shí)用上，一般選擇30-35C的溫度.

    其次，我們?cè)賮?lái)研究溶液的濃度問(wèn)題，我們知道，反應(yīng)物的濃度越大，平衡越向前移動(dòng)，所以原則上，應(yīng)設(shè)法使溶液對(duì)各種溶質(zhì)來(lái)說(shuō)都達(dá)飽和的程度。但是，我們也應(yīng)注意到CO2和NH,的量的比數(shù)關(guān)系。如果NH,過(guò)量，反應(yīng)就不是如(2)那樣，而是:

這里Na2CO3的溶解度較NaHCO3大得多，它不會(huì)生成沉淀，反應(yīng)最后達(dá)到平衡而不再前進(jìn)了，因此，必須使用過(guò)景CO,使溶液中形成HCO;根離子，而不是形成CO;根離子，這是這個(gè)方法的成功的重要關(guān)鍵所在實(shí)用上，先在他和食鹽水客液中通入氨氣達(dá)飽和，然后降溫到30~35*C再通入過(guò)量的CO氣體，以完成反應(yīng)(2)和(3).

    此外，我們?cè)賮?lái)談?wù)劙痹诜磻?yīng)過(guò)程中的作用問(wèn)題，從反應(yīng)(2)和(3)來(lái)看，NH3變成了NH4C1.如果把過(guò)濾除去NaHCO3沉淀后的母液加入石灰乳[Ca(OH)2]就能發(fā)生下列反應(yīng)而重新得到NH3：:

這樣得到的氨又可重復(fù)使用，在理論上沒(méi)有損耗。

    當(dāng)然，在實(shí)用上，氨是或多或少要損耗一些的，所以需要隨時(shí)補(bǔ)充，補(bǔ)充用的和過(guò)程開(kāi)始時(shí)所需要的適量氨，一般是用銨鹽[例如NH4C1, (NH4)2SO4等]跟石灰乳反應(yīng)而制得。當(dāng)然也可用氮水或液態(tài)氨，至于石灰乳的來(lái)源也是本工業(yè)所現(xiàn)成的，就是反應(yīng)(1)的另一種產(chǎn)物CaO跟水反應(yīng)而得:

CaO+H2O= Ca(OH)2

    到此，我們可以概括起來(lái)說(shuō):生產(chǎn)純堿的原料是食鹽(NaCI)和石灰石(CaCO3);產(chǎn)品除純堿(Na2CO3)外， 還有一種氯化鈣(CaC12), 它是原料中的另外兩種離子所組成的物質(zhì)，由于原料不能直接反應(yīng)，所以需娶利用氦的作用，在一定條件下，通過(guò)一系列的反應(yīng)過(guò)程才能制得純堿。過(guò)程中生成的碳酸氫鈉是一種中間產(chǎn)物，它的形成沉淀析出是這個(gè)方法成功的關(guān)鍵。

   工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 根據(jù)上述的基本原理，工業(yè)上用級(jí)堿法生產(chǎn)純破時(shí)，主要分成兩個(gè)階段:

(1)制成碳陂氫的;

(2)煅繞中間產(chǎn)物制成純堿。

    1.碳酸氫鈉的生成 先用系把提純的飽和食鹽溶液提升到高位槽儲(chǔ)存，從那里再自動(dòng)地流入吸復(fù)塔。當(dāng)飽和食鹽接液從吸氨塔頂上淋下時(shí)，把干燥的氨氣由塔底通入，這樣用地流原理讓氦氣溶解在食鹽溶液中達(dá)飽和程度。當(dāng)氦溶解于水時(shí)，放出熱量，溶液的溫度升高，不利于氨氣的溶解(氣體溶解度跟溫度成反比)，因此在吸氨塔底部有冷卻裝置，能把溶液冷卻到25C左右，在吸復(fù)塔里，一小部分氨氣跟水反應(yīng)，生成氫氧化銨，而大部分每氣以溶解形式存在。

    從吸氨塔底部出來(lái)的溶液稱作紅化鹽水， 用泵移到碳酸塔的頂部，從那里淋下來(lái)，同時(shí)從塔底通入過(guò)量二氧化碳，在塔里進(jìn)行反應(yīng)，開(kāi)始，氨氣、水跟二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫銨，由于這個(gè)反應(yīng)放熱會(huì)使溶液溫度升高，因此碳酸塔下部也有冷卻裝置，使溫度穩(wěn)定在30~35C間，這時(shí)碳酸氫銨立即跟氯化鈉反應(yīng)，成碳酸氫鈉晶體析出，原理中的反應(yīng)(2)和(3)合并成:

    從碳酸塔底部流出的懸浮有碳酸領(lǐng)銷品體的溶液，送入過(guò)濾機(jī)中進(jìn)行分離，得到的品體就是碳酸銀銷;母被里含有氯化銨和沒(méi)有起反應(yīng)的氧化鈉(約為原料的30%).

   2.煅燒碳酸氫鈉使分解生成碳酸鈉從過(guò)濾機(jī)得到的碳酸區(qū)納晶體送入轉(zhuǎn)爐里加熱煅燒.爐子不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，翻動(dòng)晶體，這樣可防止加熱不均勾而發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象.碳酸氫鈉慢慢分解生成碳酸鈉，分解時(shí)放出的二氧化碳可再通入碳酸塔循環(huán)使用，

     氨堿法的優(yōu)缺點(diǎn)  這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是原料(食鹽和石灰石)成本低，產(chǎn)品碳酸鈉的純度高(雜質(zhì)大部在母液里)，如氣和部分二氧化碳可循環(huán)使用，制造步驟簡(jiǎn)單，適合于大規(guī)桃生產(chǎn)，但它也有若千缺點(diǎn):最大的缺點(diǎn)是沒(méi)有充分利用物資，在兩種主要原料里，只利用了食鹽中的鈉離子和石灰石中的碳酸根離子，而全部氯離子和鈣離子沒(méi)有利用，它們結(jié)合成氣化鈣處理這樣得到的含雜質(zhì)很多的氯化鈣稀溶液就成為征大負(fù)擔(dān)，因?yàn)橐峒兯呛芾щy的，實(shí)際用途也不大，如果把大量氯化鈣排入河流中，會(huì)影響魚(yú)類的生存和繁殖;如把它堆放起來(lái)，不僅占地很大，而且氧化鈣有吸濕性，堆放的地方將成為泥濘不千的廢墟。并且，食鹽的利用率也很低，只有70%轉(zhuǎn)化，30%隨CaCl溶液損失了。此外在母液里含有大量氯化銨設(shè)有完全被回收，即使從回收的部分來(lái)看也并不很合理、我們知道，氯化銨是一種很好的氮肥(第二冊(cè)5.8)，它比硫酸鐵(俗稱肥田粉)的肥效還要高，不會(huì)增加土壤的酸性，現(xiàn)在卻把已經(jīng)制成的氮肥回收成每氣，這樣的生產(chǎn)是不合理的。

    我國(guó)的科學(xué)家和工人，經(jīng)過(guò)多年的苦心研究，創(chuàng)立了聯(lián)合制堿法，它應(yīng)用了復(fù)堿法的優(yōu)點(diǎn)，克服了氨堿法的缺點(diǎn)，不僅充分利用了物資，而且同時(shí)得到兩種產(chǎn)品----純堿和氯化銨.

    聯(lián)合制堿法的基本原理  在制純堿部分和氨堿法相同，主要區(qū)別是氨的來(lái)源不同，它不是從氧化銨回收氨氣，而由合成氨廠直接供給，這里合成氨所需要的氮?dú)夂蜌?是從發(fā)生爐煤氣和水煤氣制取:

     同時(shí)又有大量二氧化碳生成，可以供給制破法作原料，這樣就不需要用石灰石作原料來(lái)制取二氧化碳，因此降低了制純堿的成本，也簡(jiǎn)化了操作過(guò)程，方法中又設(shè)法讓母液里的氧化按結(jié)晶出來(lái)，把晶體分離就是氮肥，于是母液還剩下氧化的可循環(huán)使用，這樣可以充分利用物質(zhì)。

   最后附一張純堿利用率走勢(shì)圖。