基本介紹
- 中文名：侯氏制鹼法
- 外文名：Combined Alkali Process
- 別名：聯合制鹼法
- 發明人：侯德榜
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介紹
發明者
侯德榜（1890年8月9日~1974年8月26日），名啟榮，字致本，生於福建閩侯，著名科學家，傑出化學家，侯氏制鹼法的創始人，中國重化學工業的開拓者。近代化學工業的奠基人之一。
20世紀20年代，突破氨鹼法制鹼技術的奧秘，主持建成亞洲第一座純鹼廠；30年代，領導建成了中國第一座兼產合成氨、硝酸、硫酸和硫酸銨的聯合企業；40~50年代，又發明了連續生產純鹼與氯化銨的聯合制鹼新工藝，以及碳化法合成氨流程制碳酸氫銨化肥新工藝；並使之在60年代實現了工業化和大面積推廣。
1926年中國“紅三角”牌純鹼入萬國博覽會，獲金質獎章。
他還積極傳播交流科學技術，培育了很多科技人才，為發展科學技術和化學工業做出了貢獻。
發明原理
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澱。 根據 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↓+NH4Cl（可作氮肥）
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑（CO2循環使用）(以加熱作為反應條件)
(在反應中NaHCO3沉澱，所以這裡有沉澱符號，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（後加）=NH4Cl+NaHCO3↓ （NaHCO3能溶於水，但是侯氏制鹼法向飽和氯化鈉溶液中通入氨氣，由於氯化鈉溶液飽和，生成的碳酸氫鈉溶解度小於氯化鈉，所以碳酸氫鈉以沉澱析出）
（先添加NH3而不是CO2：CO2在NaCl中的溶解度很小，先通入NH3使食鹽水顯鹼性(用無色酚酞溶液檢驗)，能夠吸收大量CO2氣體，產生高濃度的HCO3-,才能析出NaHCO3晶體。）
2NaHCO3（加熱）=Na2CO3+H2O+CO2↑
發明特點
針對索爾維法生產純鹼時食鹽利用率低，制鹼成本高，廢液、廢渣污染環境和難以處理等不足，侯德榜先生經過上千次試驗，在1943年研究成功了聯合制鹼法。這個新工藝是把氨廠和鹼廠建在一起，聯合生產。由氨廠提供鹼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使用。為了實現這一設計，在1941一1943年抗日戰爭的艱苦環境中，在侯德榜的嚴格指導下，經過了500多次循環試驗，分析了2000多個樣品後，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、污染環境的難題。這方法把世界制鹼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合制鹼法命名為“侯氏聯合制鹼法”。所謂“聯合制鹼法”中的“聯合”，指該法將合成氨工業與制鹼工業組合在一起，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，聯合制鹼法同時也避免了生產氨鹼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，減少了對環境的污染，降低了純鹼的成本。聯合制鹼法很快為世界所採用。
侯德榜博士郵票
侯德榜博士郵票優缺點
優點：
保留了氨鹼法的優點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到 96 %； NH4Cl 可做氮肥(氮肥不可與鹼性物質混用，但可用草木灰檢驗其純度)；可與合成氨廠聯合，使合成氨的原料氣 CO 轉化成 CO2，革除了CaCO3制 CO2這一工序，減少可能造成的環境污染。
兩個循環：
一：2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑（CO2循環使用）(以加熱作為反應條件)
二：向母液中加入食鹽細粉，從而使 NH4Cl 單獨結晶析出供做氮肥。
第二個循環的具體操作：
①通入氨氣，冷卻後，加入NaCl，使得NH4Cl沉澱。過濾後，得到較純淨的NH4Cl晶體（產物），濾液為 飽和食鹽水（含有氨氣分子），經處理後方可回到第一步循環利用；
②不通氨氣，冷卻後，加入NaCl，使得NH4Cl沉澱。過濾後，得到NH4Cl晶體（產物），濾液為飽和食鹽 水，可直接回到第一步循環利用。
原理：低溫時，氯化銨的溶解度低於氯化鈉的溶解度，而由於之前加入氯化鈉（氨氣）使得氯離子（銨根 離子）濃度提高，所以再根據勒夏特列原理，氯化銨將最先析出。
不足之處：
侯氏聯合制鹼法也存在不足。較氨鹼法而言，它的用氨量較大，在有些情況下不適用。
發明歷史
什麼是純鹼
純鹼(碳酸鈉)化學式為Na2CO3,俗名純鹼,又稱蘇打、鹼灰,是一種重要的化工基本原料,純鹼的用途很廣,一般都是利用它的鹼性。它可用於製造玻璃,如平板玻璃、瓶玻璃、光學玻璃和高級器皿;還可利用脂肪酸與純鹼的反應制肥皂;在硬水的軟化、石油和油類的精製、冶金工業中脫除硫和磷、選礦、以及銅、鉛、線、錫、鈾、紹等金屬的製備、化學工業中製取鈉鹽、金屬碳酸鹽、漂白劑、填料、洗漆劑、催化劑及染料等均要用到它,在陶瓷工業中製取耐火材料和釉也要用到純鹼。純鹼是重要的化工原料之一,用於制化學品、清洗劑、洗漆劑、也用於照相術和制醫藥品。絕大部分用於工業,一小部分為民用。在工業用純鹼中,主要是輕工、建材、化學工業,約占三分之二;其次是冶金、紡織、石油、國防、醫藥及其它工業。
侯氏制鹼法流程圖
侯氏制鹼法流程圖純鹼生產歷史
純鹼是人類最早製取和使用的化學物質之一。7000多年以前,天然的碳酸鈉首先是從幼發拉底河邊生長的花的灰燼中提取的。大約5500年以前埃及人也開始用一種從湖水蒸發中提取的天然純鹼，生產裝飾玻璃和作為鉛酸矽砂聚和肥皂的一種成份。當人們從海藻類植物的灰中提取豐富的鈉鹼時，也從木材灰中得到了豐富的鉀鹼。用天然植物生產鉀鹼的方法一直延續到1870年，德國JP始采含鉀鹽礦才結束。
1861年，E.索爾維在煤氣廠從事稀氨水的濃縮工作時，在用鹽水吸收氨和二氧化碳的試驗中得到碳酸氫鈉。同年,他獲得了用食鹽、氨和二氧化碳製取碳酸鈉的工業生產方法的專利。此種生產方法被稱為索爾維法，又稱氨鹼法。
日本旭稍子公司於1950年在牧山化工廠建立日產30噸的聯合制鹼廠，1959年3月在千葉化工廠開始建立了新的聯合制鹼廠，日產300噸純鹼和氯化銨，命名為A.C.法。19世紀70年代日本氯化銨的生產供過於求，除恢復部分氨鹼法生產外，旭稍子創建了新旭法，又稱N.A.法。
發展歷史
第一次世界大戰後，中國從歐洲進口純鹼的道路被阻斷,而當時壟斷中國純鹼市場的英國卜內門洋鹼公司卻囤積居奇,鹼價暴漲。看到這種情況，范旭東先生於1917年在實驗室成功制出了鹼。1920年成立“永利制鹼公司”，1922年請來侯德榜先生作為技術指導,他全身心的投入制鹼工藝和設備的改進上，終於摸索出了索爾維法的各項生產技術。1924年8月,塘沽鹼廠正式投產。1926年，中國生產的“紅三角”牌純鹼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。
侯德榜
侯德榜1937年日本帝國主義發動了侵華戰爭，把工廠遷到四川，新建了永利川西化工廠。
制鹼的主要原料是食鹽，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。由於濃度稀，還要經過濃縮才能成為原料，這樣食鹽成本就高了。另外，索爾維制鹼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鹼法，而另闢新路。
他首先分析了索爾維制鹼法的缺點，發現主要在於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鹼。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？他想呀想，設計了好多方案，但是—一都被推翻了。後來他終於想到，能否把索爾維制鹼法和合成氨法結合起來，也就是說，制鹼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，讓它沉澱出來。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。構想有了，能否成功還要靠實踐。於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，使構想成為了現實。
這個制鹼新方法被命名為“聯合制鹼法”，它使鹽的利用率從原來的70%一下子提高到96%。此外，污染環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，所以它的優越性大大超過了索爾維制鹼法，從而開創了世界制鹼工業的新紀元。
