电解食盐水制固体烧碱的生产过程,电解法烧碱生产工艺

首页 > 实用技巧 > 作者:YD1662024-01-13 00:33:36

当时的电弧发生器根据描述应当与这张图中的类似(图片来源于网络,请勿模仿),通过高压交流电通过两根铜棒进行放电生成电弧,同时在电弧两侧还加了磁场,在磁场作用下电弧发生周期性震荡形成环状电弧,电弧温度可达3000℃。

通过电弧法产生的是氮氧化物,但主要是一氧化氮,一氧化氮是不溶于水的,常规的操作是用空气将一氧化氮氧化成二氧化氮,二氧化氮的水溶性比较好而且可以与水反应生成硝酸与一氧化氮。因此工业上一般经过几个串联的吸收过程得到稀硝酸溶液。

得到的稀硝酸溶液需要通过精馏提纯来得到浓度较高的硝酸,由于硝酸与水是共沸体系,因此单纯通过精馏,可以得到的硝酸浓度最大在68%左右,如果需要进一步得到浓度更高的硝酸需要在硝酸溶液中进一步加入脱水剂进行蒸馏,在电弧法工艺中采用一般采用浓硫酸作为脱水剂。

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68%浓硝酸一般带点黄色,这是因为硝酸见光分解会产生少量的氮氧化物。95%的硝酸会剧烈挥发,与空气中的水结合后生成酸雾。

这电弧法的优点就在于除了用电之外基本不消耗其他原料。要知道当时这个方法出现的时候还没有合成氨,要做硝酸原料除了硝石就是空气,从这个角度上来说电弧法占了非常大的优势。当然电弧法的缺点也非常明显,那就是极端费电,电弧本身就是一个高耗能过程,能量损失非常严重。电离空气,加热气体,放出强光和大量热量,这些不必要的过程使得很多能量白白损失。电弧法的氮氧化物产量大概在一度电80g硝酸左右,如果按照能量衡算,把这些电能全部转化为硝酸的话,理论上应当得到2.5kg硝酸。也就是说如果从转化率角度来看,这个反应的转化率只有3%,是个极端低效的反应。另外后续的提纯也非常麻烦,要知道用过电弧产生的氮氧化物浓度时非常低的,即使到了后期电弧法经过不断改进,得到的混合气中NO含量也仅有2.5%,这导致了另一个非常致命的弱点就是制备得到的稀硝酸浓度非常低,如此低浓度的稀硝酸需要提纯的话精馏负荷非常大,大部分蒸发的都是水,进一步增加了能量损失。

虽然电弧法固氮效率十分低下,但是由于当时的技术问题,人们不得不采用这种做法。并且不断通过改进电弧与反应器结构来提高效率。到了1925年,世界上通过电弧法固定的氮达到了34万吨,产量达到历史巅峰。但于此同时另一种较为高效的硝酸生产方法也逐渐开始成型那就是后来的氨氧化法。氨氧化法发展迅速,在1932年就完全取代了电弧法,电弧法从巅峰到消亡只有短短7年时间。

电弧法还不是最悲剧的,随着氨氧化法的诞生,还有另一种方法简直可以用腹死胎中来形容,那就是燃烧法。燃烧法的原理更加简单,那就是通过燃料在燃烧过程中通过高温作用产生氮氧化物,再对其进行吸收,制备硝酸。通过合理的工艺配置可以再燃烧过程中产生2000℃的高温,足以生成大量的热力Nox。此外燃烧的热量还可以部分回收,如果实现的话会比电弧法节能,据说这个方法的收率一度达到电弧法的三倍。结果就在毛子科学家高高兴兴喝着伏特加做着中试的时候,氨氧化法成熟了,结果就再也没有然后了。

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没有想到现在让各大火电厂瑟瑟发抖的氮氧化物问题,在几十年前竟然还有人当成宝用来合成硝酸。这个图中揭示了氮氧化物生成与炉膛温度的关系,低温状态下氮氧化物主要由燃料自带的氮元素生成。温度越高空气中的氮气氧化生成的氮氧化物量越大超过1800℃后就会成为为其氮氧化物的主要来源。

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得到硝酸后,可以用来干什么?

1、作为硝酸盐和硝酸酯的必需原料,硝酸被用来制取一系列硝酸盐类氮肥,如硝酸铵、硝酸钾等。改变农业,推动生产力。

2、即先把不纯的金属氧化成硝酸盐,排除杂质后再还原。硝酸能使铁钝化而不致继续被腐蚀。还可供制氮肥、王水、硝酸盐、硝化甘油、硝化纤维素、硝基苯、苦味酸等.

3、将甘油放和浓硝酸、浓硫酸中,会生成硝化甘油。是一种很不稳定的物质,受到撞击会发生分解,产生高温,同时生成大量气体。产生猛烈爆炸,所以硝化甘油是一种烈性炸药。

4、由甲苯与浓硝酸和浓硫酸反应制得的,是一种黄色片状物,具有爆炸威力大、药性稳定、吸湿性小等优点,常用做炮弹、手榴弹、地雷和鱼雷等的炸药,也可用于采矿等爆破作业。

氢氧化钠

从苛化法到离子膜电解——NaOH的工业生产

有了电之后【电的获得】可以看我的另外一篇文章【生存篇:战略物资储备---【电】的原理和获得】,

我们在化工上就可以做更多的工作了。在这里我们稍微提一下化学反应的热力学本质。

所有的化学反应都是有热力学基础的,化学反应的本质就是将分子结构的重排,这种重排是需要动力的,这个动力就是我们所说的自由能。化学反应中反应物消耗自身的自由能以此进行分子重排生成反应产物。因此对于化学反应反应产物的自由能是要低于反应物的自由能的,这一点决定了反应的自发性。就像我们所说氢气与氧气反应可以生成水,但是水一般不会分解成氢气就是这个道理。

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