大學(xué)化工專業(yè)英語(yǔ)Lesson-5

Chlor-AlkaliandRelatedProcesses氯堿工業(yè)與相關(guān)過(guò)程Historicallythebulkchemicalindustrywasbuiltonchlor-alkaliandrelatedprocesses.縱觀歷史，大部分化學(xué)工業(yè)是建立在氯堿工業(yè)及其相關(guān)過(guò)程之上。Thesegmentisnormallytakentoincludetheproductionofchlorinegas,causticsoda（sodiumhydroxide）,soda-ash（derivativesofsodiumcarbonateinvariousforms）and,forconvenience,lime-basedproducts.該部分通常包括氯氣、苛性鈉（氫氧化鈉）、無(wú)水碳酸鈉（以各種形式存在的碳酸鈉的衍生物），以及以石灰為基礎(chǔ)的產(chǎn)品。Soda-ashandsodiumhydroxidehavecompetedwitheachotherasthemajorsourceofalkalieversinceviableprocesseswerediscoveredforboth.作為堿的主要來(lái)源，自從發(fā)現(xiàn)很多過(guò)程對(duì)于純堿和火堿都是可行的，它們就相互競(jìng)爭(zhēng)。Thepeculiareconomicsofelectrolyticprocessesmeanthatyouhavetomakechlorineandcausticsodatogetherinafixedratiowhatevertherelativedemandforthetwototallydifferenttypesofproduct,andthiscausesswingsinthepriceofcausticsodawhichcanrendersoda-ashmoreorlessfavorableasanalkali.電解過(guò)程的特殊經(jīng)濟(jì)性意味著，不管對(duì)氯氣和氫氧化鈉這兩種不同類型的產(chǎn)品的相對(duì)需求量如何，你只有以固定的比例同時(shí)制備氯氣和氫氧化鈉。這引起了氫氧化鈉的價(jià)格的搖擺不定，從而使得純堿作為一種堿或多或少有利。Bothchlorine/causticsodaandsoda-ashproductionaredependentoncheapreadilyavailablesuppliesofrawmaterials.氯氣/氫氧化鈉和純堿的生產(chǎn)都依賴于廉價(jià)的現(xiàn)成的原材料供應(yīng)。Chlorine/causticsodarequiresareadysupplyofcheapbrineandelectricity,soda-ashrequiresbrine,limestoneandlotsofenergy.氯氣/氫氧化鈉需要廉價(jià)的現(xiàn)成的鹵水和電力的供應(yīng)，純堿需要鹵水、石灰石和大量的能量。Soda-ashplantsareonlyprofitableiftheirrawmaterialsdonothavetobetransportedfar.如果純堿廠的原材料不需要運(yùn)輸?shù)脑?，它們是盈利的。Theavailabilityofsuchsuppliesisamajorfactorinthelocationofmanyofthechemicalindustry’sgreatcomplexes.在許多化學(xué)工業(yè)的重大復(fù)合物的位置中，這種供貨的可行性是一個(gè)主要因素。1.Lime-BasedProducts1.基于石灰的產(chǎn)品Oneofthekeyrawmaterialsislime.一種重要的原料是石灰。Limestoneconsistsmostlyofcalciumcarbonate（CaCO3）laiddownovergeologicaltimebyvariousmarineorganisms.石灰石主要由CaCO3組成，CaCO3是多種多樣的海洋生物經(jīng)過(guò)整個(gè)地質(zhì)年代留下來(lái)的。Highqualitylimestonesareoftengoodenoughtobeuseddirectlyascalciumcarbonateinfurtherreactions.高質(zhì)量的石灰石可以作為CaCO3直接用于下一步反應(yīng)。Limestoneisusuallyminedinvastopen-castquarries,manyofwhichwillalsocarryoutsomeprocessingofthematerials.石灰石通常在大型露天采石場(chǎng)開(kāi)采，其中，許多還將進(jìn)行一些材料的處理。Thetwokeyproductsderivedfromlimestonearequicklime（CaO）andslakedlime[Ca(OH)2].來(lái)自于石灰石的兩個(gè)主要的產(chǎn)品是生石灰（CaO）和熟石灰[Ca(OH)2]。Quicklimeismanufacturedbythethermaldecomposition（1200~1500℃石灰石在1200~1500℃下熱分解即可制得生石灰，反應(yīng)方程式如下：Typicallylimestoneiscrushedandfedintothehigherendofaslopingrotatingkilnwherethedecompositiontakesplaceandquicklimeisrecoveredfromtheend.通常，將石灰石打碎，然后將它放入傾斜的旋轉(zhuǎn)窯較高的末端，在那里，石灰石將會(huì)分解，從這個(gè)窯的末端將會(huì)得到生石灰。Mostfrequently,however,thequicklimeisnotisolatedforfurtherreactions,rather,othercompoundsarefedinwiththelimetogivefinalproductsatthelowendofthekiln.NaHCO3經(jīng)過(guò)濾、干燥和煅燒生成Na2CO3。Thefilteredammoniumchlorideprocessliquorismadealkalinewithslakedlimeandtheammoniaisdistilledoutforrecycletothefrontendoftheprocess.過(guò)濾后的NH4Cl溶液與熟石灰反應(yīng)后，呈堿性，為了循環(huán)利用，蒸餾出的NH3放回到該過(guò)程的前端。Theresultantcalciumchlorideisawasteorby-productstream.生成物CaCl2是廢棄物或副產(chǎn)物。ForasimplebasicproducttheSolvayprocessappearsexceedinglycomplicated.對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單基本產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，索爾維工藝是極其復(fù)雜的。Thebasicprincipleofthereactionistotakesalt（NaCl）andcalciumcarbonate（CaCO3）asinputsandtoproducecalciumchlorideandsodiumcarbonateasoutputs.反應(yīng)的基本原理是鹽（NaCl）和碳酸鈣（CaCO3）作為原料，氯化鈣和碳酸鈉作為產(chǎn)物。However,thereactionsoccurringbetweeninputandoutputarenotremotelyobviousandinvolvetheuseofammoniaandcalciumhydroxideasintermediatecompounds.然而，反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的反應(yīng)是很不明顯的，主要涉及到了中間產(chǎn)物氨和氫氧化鈣的使用。Theessentialprincipleisthat,bycarefullycontrollingtheconcentrationofthecomponents（especiallyammoniaandsalt）,sodiumbicarbonatecanbeprecipitatedfromsolutionscontainingsalt,carbondioxideandammonia.該過(guò)程的基本原理為：利用準(zhǔn)確的控制組分（尤其是NH3和NaCl）的濃度，NaHCO3能夠從含NaCl、CO2和NH3的溶液里沉淀析出。Thekeytomakingtheprocessworkiscontrollingthestrengthofthesolutionsandratesofcrystallization.該過(guò)程的關(guān)鍵是控制溶液的酸堿強(qiáng)度和結(jié)晶的速度。Theessentialstepsoftheprocessareasfollows.這一過(guò)程的基本步驟如下。Ammoniaisabsorbedinanammoniaabsorberintobrinewhichhaspreviouslybeenpurifiedtoreducetheamountofcalciumandmagnesiumions（whichtendtoprecipitateduringtheprocessinallthewrongplaces,blockingpipe-work）.將氨吸收在氨吸收器中并倒入鹵水中，為了減少鈣離子和鎂離子的含量（鈣離子和鎂離子將會(huì)在不合適的地方沉淀，堵塞反應(yīng)管），鹵水在之前已經(jīng)被提純。Thesolution（nominallycontainingsodiumchlorideandammoniumhydroxide）isthenpasseddownatowerwhereitabsorbscarbondioxide（passingupthetower）toformammoniumcarbonateatfirstandlaterammoniumbicarbonate.然后將所得溶液（通常包含NaCl和NH4OH）通過(guò)吸收塔，起初它將會(huì)吸收二氧化碳（離開(kāi)塔）形成碳酸銨，隨后變成碳酸氫銨。Bythenextstageoftheplantsodiumchlorideandammoniumbicarbonatehavemetathesisedtosodiumbicarbonate（whichprecipitates）andammoniumchloride.在車間的下一個(gè)階段，氯化鈉和碳酸氫銨會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，形成碳酸氫鈉（沉淀）和氯化銨。Filtrationseparatesthesolidbicarbonatefromtheremainingsolution.通過(guò)過(guò)濾將碳酸氫鈉從剩下的溶液中分離出來(lái)。Thebicarbonateispassedtoarotarydryerwhereitloseswaterandcarbondioxidetogiveafluffycrystallinemassknownaslightsoda-ashwhichismostlysodiumcarbonate.碳酸氫鈉通過(guò)旋轉(zhuǎn)干燥器，脫去水分和二氧化碳，得到了蓬松的晶體，它是輕質(zhì)純堿，成分主要是碳酸鈉。Thefluffymassislightbecausetheoriginalcrystalshapeisretainedonthelossofcarbondioxide,leavingmanyvoids.蓬松狀的物質(zhì)是輕的，由于它最初的晶體形狀仍然保持著失去二氧化碳的空位。Itisusuallymoreconvenienttomakeamoredensematerialandthisisachievedbyaddingwater（whichcausesrecrystallizationinadenserform）andfurtherdrying.制備更致密的材料通常是更方便的，這將會(huì)通過(guò)添加水（這將會(huì)引起更致密形式上的重結(jié)晶）和進(jìn)一步的干燥來(lái)實(shí)現(xiàn)。Itisdebatablewhethertheactualchemistrygivenaboveisagooddescriptionoftheprocess,butitcertainlyaidsunderstanding.仍值得商榷的是上面給出的實(shí)際化學(xué)是否是對(duì)一個(gè)過(guò)程的很好的描述，但是它肯定有助于理解。Foradetailedunderstanding,agreatdealneedstobeknownaboutsolubilityproductsofmulticomponentsystems.對(duì)于詳細(xì)理解來(lái)說(shuō)，需要知道許多關(guān)于多組分體系溶度積的知識(shí)。Theimportantthingtoknowisthatthesystemiscomplexandrequirescarefulcontrolatallpartsoftheprocessinorderforittooperateeffectively.要知道的重要的事情是體系是復(fù)雜的，需要仔細(xì)控制過(guò)程的各個(gè)方面，才能夠有效進(jìn)行操作。Onedisadvantageoftheprocessistheamountofcalciumchlorideproduced.這個(gè)過(guò)程的一個(gè)缺點(diǎn)是產(chǎn)生氯化鈣的數(shù)量。Farmoreisproducedthancanbeused,somuchoftheproductionissimplydumped（itisnotaparticularlynoxiousornastyproduct）.比起使用的數(shù)量來(lái)說(shuō)，更多的氯化鈣將會(huì)產(chǎn)生，所以大部分產(chǎn)品是被簡(jiǎn)單地丟棄（由于它不是特殊有毒的或極臟的產(chǎn)品）。Itwouldbeadvantageoustousealltheinputmaterialinthisprocess,forexampleproducinghydrogenchloridefromthechloride.它將有利于使用這個(gè)過(guò)程中的所有原始物料，例如，采用氯來(lái)制備氯化氫。UseofSodaAsh.Ofallsodaash,50%issoldtotheglassmakingindustryasitisaprimaryrawmaterialforglassmanufacture.純堿的利用。由于純堿是制造玻璃的主要原材料，所以50%的純堿將被賣到玻璃廠。Thefortunesoftheindustryarethereforestronglytiedtoglassdemand.因此，行業(yè)的命運(yùn)將與玻璃需求緊緊聯(lián)系在一起。Sodaashalsocompetesdirectlywithsodiumhydroxideasanalkaliinmanychemicalprocesses.作為一種堿，純堿在許多化學(xué)領(lǐng)域與火堿直接競(jìng)爭(zhēng)。Sodiumsilicatesareanotherimportantclassofchemicalsderivedfromsodaashbyreactionwithsilicaat1200~1400℃硅酸鈉是來(lái)自于純堿的另一種重要的化學(xué)物質(zhì)，它是純堿與二氧化硅在1200~1400℃Silica-gelisafinesodiumsilicatewithalargesurfaceareaandisusedincatalysts,chromatographyandasapartialphosphatereplacementindetergentsandsoaps.硅膠是一種較細(xì)的硅酸鈉，有較大的比表面，它通常被用作催化劑領(lǐng)域、色譜法與洗滌劑和肥皂中偏磷酸鹽的替代物。3.ElectrolyticProcessesforChloride/CausticSoda3.氯氣/苛性鈉的電解過(guò)程Introduction.Bothchlorineandcausticsodahave,atvarioustimesinthehistoryofthechemicalindustry,beengreatlyindemand,butunfortunatelyforoperatorsofelectrochemicalplants,notalwaysatthesametime.介紹。在化學(xué)工業(yè)的不同時(shí)代，氯氣和苛性鈉都有很大的需求。但是不幸的是，在當(dāng)時(shí)電化學(xué)工廠的操作者并不多。Chlorinehasbeenvaluedasableach,orarawmaterialfortheproductionofbleachingpowder,asadisinfectantinwatersuppliesandasarawmaterialforplasticsandsolventsmanufacture.氯被作為漂白劑或者生產(chǎn)漂白劑的原料、供水時(shí)的消毒劑及塑料和溶劑生產(chǎn)中的原料。Causticsodahasbeenusedintheproductionofsodaash,soap,textiles,andasaveryimportantrawmaterialinanincrediblevarietyofchemicalprocesses.燒堿已經(jīng)被用于生產(chǎn)純堿、肥皂、紡織物和各種各樣化學(xué)過(guò)程中的一個(gè)非常重要的原材料。Alltheelectrolyticprocesseshaveincommontheelectrolysisofsalttogivechlorineandsodiumhydroxide.所有的電解過(guò)程都有共同點(diǎn)，鹽電解生成氯氣和氫氧化鈉。Thevastmajorityofproductionelectrolysesasolutionofsalt,buttherearesomesignificantplantsthatelectrolyzemoltensalttogiveliquidsodiumandchlorine.絕大多數(shù)生產(chǎn)電解鹽溶液，但是有一些重大的工廠電解熔融鹽生成液體鈉和氯氣。Theseareusedbyindustriesthatneedtheliquidsodium,mainlyintheproductionoftetra-alkylleadpetroleumadditives,thoughthepetroleumadditivecompaniesarediversifyingandotherusesmayappear.這種方法主要被需要液體鈉的工業(yè)使用，主要有四烷基鉛石油添加劑的生產(chǎn)，但石油添加劑公司是多種多樣的，其他的用法可能出現(xiàn)。Thereareessentiallythreedifferenttypesofcellusedforaqueouselectrolysis:mercurycells,diaphragmcellsandmembranecells.基本上有三種不同類型的電池應(yīng)用于水的電解：甘汞電池、隔膜電池和膜電池。Membranecellsarereallytheonlytechnologythatisviablefornewcapacityinmodernplants,butalargeamountofoldcapacitystillexistsandmanycompanieshavenotfounditeconomicaltoreplaceeventheirmercurycells,despitetheenvironmentalimplications.膜電池是真正唯一的技術(shù)，它對(duì)于現(xiàn)代工廠新的生產(chǎn)力是可行的，但是，大量的舊的生產(chǎn)力仍然存在，許多工廠還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它甚至可以從經(jīng)濟(jì)上替代他們的甘汞電池，盡管受環(huán)境的影響。Allelectrolyticreactionsarebasedontheideaofusingelectronsasareagentinchemicalreactions.Thebasicreactionsofbrineelectrolysiscanbewrittenasfollows:所有的電解反應(yīng)都是基于采用電子作為化學(xué)反應(yīng)試劑的想法。鹵水電解的基本反應(yīng)為以下兩個(gè)方程式：Theoverallreactionis:總的電解反應(yīng)為：Thisreactionhasapositivefreeenergy（）andneedstobedrivenuphillbyelectricity.這個(gè)反應(yīng)的自由能變?yōu)檎?，需要通過(guò)電力來(lái)使它向右進(jìn)行。Likemanybasicchemicalprocesses,thoughthereactionappearstobegloriouslysimple,therearesomesignificantcomplications.像許多基本化學(xué)過(guò)程一樣，雖然反應(yīng)看起來(lái)是非常簡(jiǎn)單，但是存在一些重要的復(fù)雜性。Forastart,thereactionproductsneedtobekeptapart:hydrogenandchlorinewillreactexplosivelyiftheyareallowedtomix.Chlorinereactswithhydroxidetogivehypochlorousacid（HOCl）andchloride（bothwastingproductandcreatingby-products）.首先，反應(yīng)產(chǎn)物需要分開(kāi)：如果氫氣和氯氣混合的話，它們將會(huì)激烈地反應(yīng)。氯和氫氧化物反應(yīng)生成次氯酸（HOCl）和氯化物（都浪費(fèi)了產(chǎn)品，產(chǎn)生了副產(chǎn)品）。Thehypochlorousacidandhypochlorite（ClO-）inturnreacttogivechlorate（ClO3-）,protonsandmorechloride.次氯酸和次氯酸鹽輪流反應(yīng)生成了氯酸鹽、電子和更多的氯化物。Hydroxidereactsattheanodetoformoxygen,whichcancontaminatethechlorine.氫氧化物在陽(yáng)極反應(yīng)生成氧氣，它能夠腐蝕氯氣。Allthereactionsreduceefficiencyand/orcreatedifficultseparationofcontaminationproblemsthatneedtobesortedoutbeforeanyproductscanbesold.所有的反應(yīng)降低了效率，并創(chuàng)造了分離污染難題，這些難題在出售產(chǎn)品之前需要被挑出來(lái)。Thekeytounderstandingthevarioustypesofprocessusedfortheelectrolysisisthewaytheyseparatethereactionproducts.理解電解中各種類型過(guò)程的關(guān)鍵是他們分離反應(yīng)產(chǎn)物的方法。Therearebasicallythreetypesofelectrolyticcellforbrineelectrolysis,thoughtherearemanyvariationsofdetailamongthecellsfromdifferentmanufactures.雖然不同的廠家所使用的電解池之間有許多不同的詳細(xì)信息，但是對(duì)于鹵水電解基本有三種類型的電解池。4.TheUsesofChlorineandSodiumHydroxide4.氯氣和氫氧化鈉的使用Sodiumhydroxidehassomanychemicalusesthatitisdifficulttoclassifythemconveniently.氫氧化鈉有太多用途以至于難以歸類。Oneofthelargestusesisforpaper-making,wherethetreatmentofwoodrequiresastrongalkali.氫氧化鈉的最大的用途之一是造紙，在造紙業(yè)中對(duì)木頭的處理需要一個(gè)強(qiáng)堿。Insomecountriesthisconsumes20%ofproduction.An