海水中的化学.

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1、海水中的化学海水制碱海洋是人类的母亲,是人类千万年来取之不尽、用之不竭的巨大资源宝库。海洋被人们誉为“天然的鱼舱”、“蓝色的煤海”、“盐类的故乡”、“能量的源泉”,具有巨大的开发潜力。海洋是巨大的资源宝库,除海水中的化学资源和海底矿产资源外,海蕴藏着丰富的生物资源和海洋动力资源,海洋开发水平已经成为衡量各国综合国力的重要标志之一。食盐是我们生活中极为常见的物质,与我们的日常生活密切相关,同时食盐又是一种非常重要的化工原料,而海水中蕴藏着丰富的食盐资源。最古老的也是最常见的且至今广泛沿用的海水制盐方法即为“盐田法”海水晒盐。食盐作为重要的化工原料,其最主要的用途即制碱(烧碱、纯碱),而制取纯碱的

2、方法又有氨碱法和联碱法。无水碳酸钠,俗名纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料,还常用作硬水的软化剂,也用于制造钠的化合物;是化学工业主要的基本化工原料。1、纯碱生产历史沿革人类生活中使用碱的历史已有几千年,最早取自草木灰(碳酸钾)和天然碱。人工制碱源于法国,却归功于英国。纯碱工业始于18世纪末,随着工业的需要和制碱原料的改变,纯碱(Na2CO3)生产技术得到迅速发展,生产装置趋向大型化、机械化、自动化。1983年世界纯碱产量约30Mt。在纯碱工业史上,法国人N.吕布兰,比利时人E.索尔维,中国人侯德榜等,都作出了突出的贡献。2、吕布兰法(芒硝法)制碱18世纪中叶

3、,英、法爆发了七年战争(17561763),当时依赖于西班牙植物碱的来源断绝。1775年法国科学院悬赏巨金,征求可供实用的制碱方法。吕布兰提出以普通食盐为原料,用硫酸处理得芒硝(硫酸钠)及盐酸,芒硝再与石灰石、煤粉配合入炉煅烧生成纯碱的方法。1791年,吕布兰获得专利权,同年由奥尔良公爵筹集巨款,在巴黎附近的圣但尼建立第一个吕布兰法碱厂。1823年英国取消盐税,引进吕布兰法,在利物浦建成纯碱工厂投入生产。从此,英国制碱工业突飞猛进,远远领先于法国。18251880年间是吕布兰法制碱的极盛时期。它带动了硫酸、盐酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工产品的生产;吕布兰法是化学工业兴起的重要里程碑。但

4、其产品纯度低,生产成本高,劳动效率低,生产过程为固相操作,难以连续作业,加之回收的盐酸腐蚀性强,必须外销或另作处理。这些缺点促使探索新的制碱方法。3、氨碱法索尔维法(1)、发明简史“氨碱法”是比利时工程师索尔维发明的纯碱生产法,又称索尔维制碱法。索尔维在煤气厂从事稀氨水的浓缩工作时,在用盐水吸收氨和二氧化碳的试验中得到碳酸氢钠。同年,他获得了用食盐、氨和二氧化碳制取碳酸钠的工业生产方法的专利。此生产方法被称为索尔维法,又称氨碱法。1863年,E.索尔维与兄弟A.索尔维筹集资金,组建至今依然存在的索尔维公司,并在比利时库耶建立纯碱厂,1865年1月投产,1872年产量达到日产 10t。1873年

5、索尔维公司所产纯碱在维也纳国际博览会上获得了质量纯净荣誉奖,从此索尔维法为世人所公认。索尔维法以其原料来源容易、产品纯净、成本低廉,适用于大规模连续生产,排污处理比盐酸容易的优势取代了吕步兰法,在欧洲乃至世界发展起来并沿用至今。中国实业家范旭东于1917年筹办永利制碱公司,1920年在天津塘沽兴建永利碱厂,1924年8月开工生产,1926年8月红三角牌纯碱获得万国博览会(美国费城)金质奖章。(2)、原料食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料。以食盐和石灰石为原料,以氨气为媒介来生产纯碱具有生产能力大,产品质量好,纯度高(纯碱即由此得名)的特点,称为氨碱法。、反应原理将

6、饱和的食盐溶液在冷却时用氨饱和,然后在一定压力下通入CO2(由石灰石分解而来),由于NaHCO3溶解度较小而结晶析出,将析出的NaHCO3晶体煅烧,即可制得碳酸钠(纯碱),母液中的氯化铵加石灰乳Ca(OH)2回收氨,以便循环利用,盐水中通入氨气制氨盐水,再通二氧化碳。因为氨气的溶解度大,若先通二氧化碳则有大部分没有溶解到海水中。盐水 精盐水 氨盐水 碳酸氢钠 纯碱 氨碱法生产示意图反应方程式为:(1)NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(2) NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3(3)2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2优缺点:此法的优点是原料经济,能连续生产,副产物N

7、H3和CO2可回收使用;缺点是NaCl利用率只有70%左右,约有30% NaCl留在母液中,产生大量的蒸馏废液难以处理,废液排放淤塞江河港湾,污染水体,危害水族;现在氨碱法碱厂的搬迁主要原因就是白泥污染的问题无法解决。4、侯氏制碱法联合制碱法(1)、发明简况1937年日本进一步入侵中国。位于塘沽的永利碱厂被迫迁至四川五通桥。当时盐价昂贵,牛华溪一带地下黄卤浓度过淡,不符合索尔维法要求,加之在该地区排放废液亦有困难,必须予以改进。该厂在侯德榜博士主持下,从事改进索尔维法的研究。几年后,获得成功。1941年 3月15日永利公司总经理范旭东集会宣布,决定将新法命名为侯氏碱法。1943年12日侯氏制碱

8、法在中国化学学会第十一届年会上公布,现称联合制碱法。是我国化学工程专家侯德榜于1943年研究成功的制碱新工艺,又称侯氏制碱法,是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来,同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。与氨碱法相比,联合制碱法工艺进步了很多,此法保持了氨碱法的优点,消除了它的缺点。一方面使食盐的利用率提高到96%;另一方面生产出的NH4Cl可做氮肥,是一种制碱和制氨相结合的联合生产方法。(2)、原料原料是食盐、氨和二氧化碳(合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气)。、反应原理将饱和的食盐溶液在冷却时用氨饱和,后在加压下通入二氧化碳(由石灰石分解而来),由于NaHCO3溶解度较小而析出,将析出的NaHC

9、O3晶体煅烧,即可制得碳酸钠。根据氯化铵在常温时的溶解度比氯化钠大,而在低温时却比氯化钠溶解度小的原理,向母液中加入磨细的食盐粉末,产生同离子效应而使氯化铵单独结晶出来。优点:原料利用率高.实验利用率可达9697%;省掉了氨碱法中的石灰石与焦碳两种原料;不需要建回收氨的设备,节省基建费;无大量废渣废液排出,解决了白泥排放污染,有利于保护环境;同时生产化肥(氯化铵)和纯碱,经济效益高。缺点:生产过程中,设备利用率低,动力消耗大;需精制食盐,需预处理工序;由于循环母液中含NH4Cl 的浓度高,设备腐蚀严重,因此需要防腐蚀材料。5、中国纯碱工业的发展1949年,我国仅在天津塘沽、大连有两家纯碱厂,年

10、产量为8.8万t。50年代,纯碱工业有了很大发展,除对原有厂进行扩建、改造外,从1958年起,先后兴建了四川自贡、山东青岛、湖北应城三个中型纯碱厂和一批小型纯碱厂。1985年生产纯碱200万t,产量仅次于美、苏两国。生产方法主要是索尔维法和侯氏制碱法,1984年以侯氏制碱法生产的纯碱占总量的44.6%,农用氯化铵产量居世界第一,但仍然满足不了国民经济发展需要。90年代为彻底扭转纯碱供不应求的局面,在老碱厂进行扩建改造的基础上,国家加大资金投入,在原盐原料产地(唐山、连云港、山东寿光)筹建了三个年产60万吨的大型氨碱法纯碱厂,引进国外先进设备,技术上也有很大突破,三大碱厂的建成投产,彻底改变了我

11、国连续15年纯碱进口的历史。目前这三大碱厂纯碱产量均达到年产200万吨以上。我国纯碱年产量已达到2500万吨以上,不但满足国民经济发展需要,而且已远销欧美及东南亚地区。从纯碱行业的发展,可以看出我国整个化工行业发展的缩影。青岛碱业股份有限公司1958年筹建,从当时的大连化学公司碱厂及碱行业其它兄弟单位抽调技术骨干,帮助建厂,于1965年建成投产,当年就达到年产 8万吨的设计能力。原名青岛化肥厂,1984年更名为青岛碱厂,1994年被列为青岛市首批改制试点单位完成改制,设立了青岛碱业股份有限公司。2000年在上海证券交易所挂牌上市,成为青岛市化工行业首家上市公司。青岛碱业股份有限公司采用氨碱法制

12、碱工艺,从最初年产8万吨的设计生产能力,经过扩建、技术改造,逐步达到16万吨、20万吨、30万吨、40万吨、50万吨,2008年达到80万吨生产能力。在扩建改造过程中,有多项技术改造在项目纯碱行业乃至化工行业都处于先进行列。例如青岛碱业1990年从荷兰AKZO公司引进的干法加灰蒸馏工艺,经过十几年的运行及工艺、设备改造,已经成为具有自主知识产权的技术,该技术已在国内纯碱行业有偿推广、应用,并已有国外碱厂购买、采用该技术。青岛碱业利用蒸馏废液生产融雪剂氯化钙技术,利用回收的排空的碱尘生成的废碱液生产小苏打(碳酸氢钠)技术,均在碱行业及无机盐工业获得过技术进步一等或二等奖,这些技术改造项目,在目前

13、国家提倡节能减排中也是具有现实意义的。青岛碱业回收利用热电厂排空烟道气中的CO2制碱的技术已分别于2013年、2014年获得设备及工艺方法两项专利,回收利用热电厂烟道气中的CO2制碱的技术还获得青岛市节能减排技术进步二等奖。碱业公司现有3个分公司和5个子公司。是以生产经营纯碱、化肥、热电及相关精细化工产品为主的大型综合性化工企业。主要产品年生产能力为:纯碱80万吨、化肥50万吨、氯化钙15万吨,自发电5.8亿kwh,蒸汽700万吨,青岛市和山东省首批优级信誉等级AAA企业,2006年被授予“全国AAA级信用企业。公司始终坚持技术进步与管理创新,拥有省级技术中心,有较完善的科研、开发、设计、制造

14、、安装等专业配套技术,主导产品生产在行业中保持了明显优势。公司主导产品“自立”牌纯碱被评为“中国名牌”产品;“民丰”牌尿素和“自力”牌氯化钙被评为“山东省名牌”产品;小苏打产品被评为“青岛名牌”产品。青岛碱业股份有限公司全貌技术人员现场技术交流废液处理装置 食用纯碱 食用小苏打日常生活中,化学给人类带来许多方便,洗衣粉和肥皂是家用去污的好产品,啤酒是人们喜欢的饮料,蒸馒头时放些苏打,馒头蒸得又大又白又好吃;化学在医学方面也有很大用处。在一些重大的科学领域里,化学的作用也不小,火箭发射所需燃料,就是利用了氢氧燃烧得水的原理。化学给人类生活带来了变化,化学无时不在人们生活的各种活动中。随着生产力的发展,科学技术的进步,化学与人们生活越来越密切。许多化学家就是在学生时期就对化学产生了浓厚的兴趣,兴趣作为最好的老师引导他们一步一步走向成功。

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