生产碳酸钠的方法及工艺优化

碳酸钠是一种重要的有机化工原料。碳酸钠可以天然开采或人工生产。目前全世界发现天然碱矿的仅有美国、中国、土耳其、肯尼亚等少数国家。人工生产的制备工艺大部分是氨碱法，还有将氨碱法改良得到的侯氏制碱法。

氨碱法即索尔维制碱法，是1862年比利时人索尔维以食盐、氨、二氧化碳原料发明的制碱法，其反应可分以下几步进行：

（1）氨气与水和二氧化碳反应生成碳酸氢铵，反应如下：

NH3+CO2+H2O→NH4HCO3

（2）NH4HCO3与NaCl反应生成的NaHCO3沉淀和NH4Cl，经过滤得到NaHCO3固体，这两步总的化学方程式是：

NH3+CO2+H2O+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl

（3）加热分解碳酸氢钠，生成水、二氧化碳和碳酸钠，即纯碱：

2NaHCO3→Na2CO3+CO2↑+H2O

将第二步中生成的NH4Cl和熟石灰［Ca（OH）2］混合加热，得到的氨气可循环利用：

NH4Cl+Ca（OH）2→NH3↑+H2O+CaCl2

氨碱法原料便宜易得，氨和部分二氧化碳可循环利用，产品纯度高，步骤简单，但氨碱法工艺比较耗能、投资大、劳动强度高，氯化钠的利用率低，会产生对环境有害的氯化物和氯化钙副产品。(www.xing528.com)

我国化学家侯德榜考虑了氨碱法的缺点，发明了联合制碱法，也称为侯氏制碱法。过程如下：

（1）NH3与H2O和CO2反应生成NH4HCO3。

（2）NH4HCO3与NaCl反应生成的NaHCO3沉淀和NH4Cl，经过滤得到NaHCO3固体。

以上两步和氨碱法相同。

（3）合成的NaHCO3部分可以直接出厂销售，其余的NaHCO3会被加热分解，生成Na2CO3，生成的CO2可以重新回到第一步循环利用。

根据NH4Cl溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在278～283 K（5℃～10℃）时，向母液中加入食盐细粉，而使NH4Cl单独结晶析出供做氮肥［7］。侯氏制碱法的生产流程如图2-2所示。

图2-2　侯氏制碱法的生产流程［8］

氨碱法和侯氏制碱法所不同的是，氨碱法在整个制取过程中NH3是循环使用的，而侯氏法在整个制取过程中，CO2被循环利用，NH4Cl直接作为纯碱的副产品——肥料。所以，氨碱法的产品是Na2CO3，副产品是CaCl2；而侯氏法的产品是Na2CO3，副产品是NH4Cl。

侯氏制碱法保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%，产生的NH4Cl还可以做氮肥，做到有效的循环利用。