侯氏制碱法.docx

侯氏制碱法侯氏制碱法氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵，这是第一步第二步是：碳酸氢铵与氯化钠反应生 成一分子的氯化铵和碳酸氢钠沉淀，碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小 根据 NH4Cl 在常温时的溶解度比 NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在278K〜283K(5 °C〜10 °C )时，向母液中加入食盐细粉， 而使 NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥基本介绍化学原理 发展历史国外研究情况(1862 年至一战前) 侯氏制碱法的产生和发展 侯氏制碱法的发明特点和原理发明特点发明原理基本介绍 化学原理发展历史 国外研究情况(1862 年至一战前) 侯氏制碱法的产生和发展 侯氏制碱法的发明特点和原理 发明特点发明原理展开 编辑本段基本介绍化学原理侯氏制碱法又名联合制碱法(1) NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(2) NH4HC03+NaCl=NH4Cl+NaHC03 I(3) 2NaHCO3 (加热)=Na2CO3+H2O+CO2 f即：①NaCl(饱和)+NH3+H20+C02=NH4Cl+NaHC03 I②2NaHCO3 (加热)=Na2C03+H20+C02 f 优点：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%； NH4Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气 CO 转化成 CO2 ，革除了 CaCO3 制 CO2 这一工 序。

注：纯碱就是碳酸钠氨制法1.合成氨的工艺流程(1) 原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法 制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取 合成气2) 净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程 ①一氧化碳变换过程 在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO,其体积分数一般为12%~40%合成氨需要的两种组分是H2和N2,因此需要除去合成气中的CO变换反应如下： CO+H2O-H2+CO2 AH =-41.2kJ/mol 由于 CO 变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余 CO 含量第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右因此，CO 变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件 ② 脱硫脱碳过程 各种原料 制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱 除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根 据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。

工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方 法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等 粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵 等氮肥的重要原料因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求 一般采用溶液吸收法脱除CO2根据吸收剂性能的不同，可分为两大类一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol),碳 酸丙烯酯法一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等4 ③气体精制过程经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总 含量不得大于10cm3/m3(体积分数)因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程 目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(〈-100°C) 条件下用液氮吸收分离少量CO,而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮 混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。

甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4 和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%甲烷化法可以将气体中碳的 氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2,并且增加了惰性气体CH4的含量甲烷化反 应如下： CO+3H2—CH4+H2O △ H=-206.2kJ/mol CO2+4H2—CH4+2H2O △ H=T65.1kJ/mol(3) 氨合成 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨氨的合成是提供液氨产品的工序， 是整个合成氨生产过程的核心部分氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不 高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程氨合成反应式如下： N2+3H2-2NH3(g) △ H=-92.4kJ/mol铁触媒目前，合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒铁触媒在500 C左右时的活 性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 C左右进行的重要原因之一主要成分是Fe3O4,助催化剂K2O、Al2O3、CaO、MgO等含量小于催化剂总质量的9%，低压催化剂还增加了 CoO(A201 等)。

柠檬酸生产分发酵和提取两部分发酵发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵 3 种方法固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产 品为原料，配好培养基后，在常压下蒸煮，冷却至接种温度，接入种曲，装入曲盘，在一定温度和湿度条件下发酵 采用固态发酵生产柠檬酸，设备简单，操作容易液态浅盘发酵多以糖蜜为原料，其生产方法是将灭菌的培养液通过 管道转入一个个发酵盘中，接入菌种，待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵发酵时要求在发酵室内通入无菌空气 深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵现多采用通用发酵罐它的主要部 件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器，轴封及其他附属装置发酵罐径高比例一般是 1:2.5，应 能承受一定的压力, 并有良好的密封性除通用式发酵罐外，还可采用带升式发酵罐、塔式发酵罐和喷射自吸式发酵罐 等 为了得到产柠檬酸的优良菌种，通常是从不同地区采集的土壤或从腐烂的水果中分离筛选，然后通过物理和 化学方法进行菌种选育例如薯干粉深层发酵柠檬酸的菌种就是通过 柠檬酸不断变异和选育得到的菌种适合在高浓度下发酵，产酸水平较高 柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而 异，但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。

一般认为，黑曲霉适合在28〜30C时产酸温 度过高会导致菌体大量繁殖，糖被大量消耗以致产酸降低，同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸；温度过低则发酵时间 延长微生物生成柠檬酸要求低pH,最适pH为2〜4,这不仅有利于生成柠檬酸，减少草酸等杂酸的形成，同时可避 免杂菌的污染柠檬酸发酵要求较强的通风条件，有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量通风和搅拌是增加培养基 内溶解氧的主要方法随着菌体生成，发酵液中的溶解氧会逐渐降低，从而抑制了柠檬酸的合成采用增加空气流速 及搅拌速度的方法，使培养液中溶解氧达到 60%饱和度对产酸有利柠檬酸生成和菌体形态有密切关系，若发酵后期 形成正常的菌球体，有利于降低发酵液粘度而增加溶解氧，因而产酸就高；若出现异状菌丝体，而且菌体大量繁殖， 造成溶解氧降低，使产酸迅速下降发酵液中金属离子的含量对柠檬酸的合成有非常重要的作用，过量的金属离子引 起产酸率的降低, 由于铁离子能刺激乌头酸水合酶的活性，从而影响柠檬酸的积累柠檬酸发酵用的糖蜜原料，因含 有大量金属离子，必须应用离子交换法或添加亚铁氰化钾脱铁方能使用然而微量的锌、铜离子又可以促进产酸提取在柠檬酸发酵液中，除了主要产物外，还含有其他代谢产物和一些杂质，如草酸、葡萄糖酸、蛋白质、胶 体物质等，成分十分复杂，必须通过物理和化学方法将柠檬酸提取出来。

大多数工厂仍是采用碳酸钙中和及硫酸酸解 的工艺提取柠檬酸除此之外，还研究成功用萃取法、电渗析法和离子交换法提取柠檬酸。