Войти
| Тип процесса | Химический |
|---|---|
| Промышленный сектор (ы) | Хлорно-щелочная промышленность |
| Сырье | хлорид натрия, серная кислота, уголь, карбонат кальция |
| Продукт (продукты) | кальцинированная сода, соляная кислота, сульфид кальция, диоксид углерода |
| Изобретатель | Николя Леблан |
| Год изобретения | 1791 |
| Разработчик (и) | Уильям Лош, Джеймс Маспрат, Чарльз Теннант |
Процесс Леблана был ранним промышленным процессом производства кальцинированной соды. (карбонат натрия ), использовавшийся на протяжении всего XIX века, назван в честь его изобретателя Николя Леблана. Он включал в себя две стадии: производство сульфата натрия из хлорида натрия с последующей реакцией сульфата натрия с углем и карбонатом кальция с получением производят карбонат натрия. Процесс постепенно устарел после разработки процесса Solvay.
Кальцинированная сода (карбонат натрия ) и поташ (карбонат калия ), вместе называемые щелочью, являются жизненно важными химическими веществами в стекле, текстиле, мыле и бумаге отрасли. Традиционным источником щелочи в Западной Европе был калий, получаемый из золы древесины. Однако к 13 веку вырубка леса сделала это средство производства неэкономичным, и щелочь пришлось импортировать. Калий завозили из Северной Америки, Скандинавии и России, где все еще стояли большие леса. Кальцинированная сода была импортирована из Испании и с Канарских островов, где она производилась из золы растений стеклозуба (в Испании называлась барилла зола), или импортирована из Сирии. Кальцинированная сода из золы ветчины в основном представляла собой смесь карбоната натрия и карбоната калия. Кроме того, в Египте природный карбонат натрия, минерал натрон, добывался на высохших озерах. В Великобритании единственным местным источником щелочи были водоросли, которые были выброшены на берег в Шотландии и Ирландии.
В 1783 году король Людовик XVI Франции и Французская академия наук предложила приз в размере 2400 ливров за способ получения щелочи из морской соли (хлорид натрия ). В 1791 году Николя Леблан, врач Людовика Филиппа II, герцога Орлеанского, запатентовал решение. В том же году он построил первый завод Леблана для герцога в Сен-Дени, и он начал производить 320 тонн соды в год. Ему отказали в призовых деньгах из-за Французской революции.
. Более подробную информацию см. В промышленной истории ниже.
Схема реакции процесса Леблана (зеленый = реагенты, черный = промежуточные соединения, красный = продукты) На первом этапе хлорид натрия обрабатывают серной кислотой в процессе Мангейма. Эта реакция дает сульфат натрия (называемый соляной лепешкой) и хлористый водород :
Эта химическая реакция был открыт в 1772 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Вклад Леблана был вторым этапом, на котором смесь соляного осадка и дробленого известняка (карбонат кальция ) восстанавливали нагреванием с углем. Это преобразование состоит из двух частей. Во-первых, это карботермическая реакция, при которой уголь, источник углерода, восстанавливает сульфат до сульфида :
На второй стадии происходит реакция с образованием карбоната натрия и сульфида кальция. Эта смесь называется черный ясень.
Кальцинированная сода извлекается из черной золы водой. Выпаривание этого экстракта дает твердый карбонат натрия. Этот процесс экстракции получил название выщелачивания.
Хлорид натрия сначала смешивают с концентрированной серной кислотой, и смесь подвергают слабому нагреву. Газообразный хлористый водород выделялся пузырями и сбрасывался в атмосферу перед введением газопоглощающих колонн. Это продолжается до тех пор, пока все, что остается, не является слитой массой. Эта масса все еще содержит достаточно хлоридов, чтобы загрязнить более поздние стадии процесса. Затем массу подвергают воздействию прямого пламени, которое испаряет почти весь оставшийся хлорид.
Уголь, используемый на следующем этапе, должен быть с низким содержанием азота, чтобы избежать образования цианида. Карбонат кальция в форме известняка или мела должен быть с низким содержанием магнезии и кремнезема. Весовое соотношение загрузки составляет 2: 2: 1 соленой лепешки, карбоната кальция и углерода соответственно. Его обжигают в отражательной печи при температуре около 1000 ° C. Иногда отражательная печь вращалась и поэтому ее называли «револьвером».
Зольный продукт обжига должен быть немедленно выщелочен, чтобы предотвратить обратное окисление сульфидов до сульфатов. В процессе выщелачивания зола полностью покрывается водой, чтобы предотвратить окисление. Чтобы оптимизировать выщелачивание растворимого материала, выщелачивание проводится в каскадные стадии. То есть чистая вода используется для сажи, которая уже прошла предыдущие стадии. Щелок с этой стадии используется для выщелачивания черной золы на более ранней стадии и т. Д.
Конечный щелок обрабатывают, продувая через него диоксид углерода. При этом осаждается растворенный кальций и другие примеси. Он также улетучивает сульфид, который уносится в виде газообразного H 2 S. Любой остаточный сульфид может быть впоследствии осажден добавлением гидроксида цинка. Щелок отделяется от осадка и испаряется с использованием отходящего тепла отражательной печи. Затем полученную золу снова растворяют в концентрированном растворе в горячей воде. Твердые вещества, которые не растворяются, отделяются. Затем раствор охлаждают для перекристаллизации почти чистого декагидрата карбоната натрия.
Леблан основал первую технологическую установку Leblanc в 1791 году в St. Денис. Однако французские революционеры захватили завод вместе с остальной частью поместья Луи Филиппа в 1794 году и разгласили коммерческую тайну Леблана. Наполеон I вернул завод Леблану в 1801 году, но не имея средств для его ремонта и конкуренции с другими содовыми заводами, которые были созданы к тому времени, Леблан совершил самоубийство в 1806 году. 120>
К началу 19 века французские производители кальцинированной соды производили от 10 000 до 15 000 тонн в год. Однако именно в Великобритании процесс Леблана получил наибольшее распространение. Первый британский завод по производству соды с использованием процесса Леблана был построен семьей литейщиков железа Лош на заводах Лоша, Уилсона и Белла в Уокере на реке Тайн в 1816 г., но высокие британские тарифы на производство соли препятствовали экономике процесса Леблана и поддерживали такие операции в небольших масштабах до 1824 года. После отмены тарифа на соль британская содовая промышленность резко выросла. Bonnington Chemical Works, возможно, было самым ранним производством, а химические предприятия, основанные Джеймсом Маспраттом в Ливерпуле и Флинтом, а также Чарльз Теннант около Глазго стал одним из крупнейших в мире. Ливерпульские заводы Маспратта имели близость и транспортное сообщение с соляными шахтами Чешира, угольными месторождениями Сент-Хеленса и известняковыми карьерами Северного Уэльса и Дербишира. К 1852 году годовое производство соды достигло 140 000 тонн в Великобритании и 45 000 тонн во Франции. К 1870-м годам объем производства соды в Британии, составлявший 200 000 тонн в год, превышал производство всех других стран мира вместе взятых.
Технологические установки Leblanc наносили серьезный ущерб окружающей среде. В процессе производства соляной лепешки из соли и серной кислоты выделяется газообразная соляная кислота, и, поскольку эта кислота была бесполезной в промышленном отношении в начале 19 века, ее просто выбрасывали в атмосферу. Также были образованы нерастворимые твердые отходы с запахом. На каждые 8 тонн кальцинированной соды в процессе производилось 5,5 тонн хлористого водорода и 7 тонн отходов сульфида кальция. Эти твердые отходы (известные как галлигу) не имели экономической ценности, их складывали в кучи и разбрасывали на полях возле содовых заводов, где они выветривались, выделяя сероводород, токсичный газ, ответственный за запах гнили. яйца.
Из-за вредных выбросов содовый завод Leblanc стал объектом судебных исков и судебных исков. В иске 1839 года против содовых заводов утверждалось, что «газ этих производств настолько вреден, что портит все, что находится под его влиянием, и в равной степени губителен для здоровья и имущества. Трава на полях в их окрестностях выжжена, сады не приносят ни фруктов, ни овощей; многие цветущие деревья в последнее время превратились в гнилые голые палки. Крупный рогатый скот и домашняя птица увядают и чахнут. Он тускнеет мебель в наших домах, и когда мы подвергаемся его воздействию, что часто случается, мы страдаем от кашель и боли в голове... все это мы относим к щелочным продуктам ".
В 1863 году британский парламент принял первый из нескольких законов о щелочах, первый современный загрязнение воздуха законодательство. Этот акт позволил, чтобы не более 5% соляной кислоты, производимой щелочными заводами, могло выбрасываться в атмосферу. В соответствии с законодательством, содовые заводы пропускали выходящий газообразный хлористый водород через колонну, заполненную древесным углем, где он поглощался водой, текущей в другом направлении. Химические предприятия обычно сбрасывали полученный раствор соляной кислоты в близлежащие водоемы, убивая рыбу и других водных организмов.
Процесс Леблана также означал очень неприятные условия труда для операторов. Первоначально он требовал осторожной эксплуатации и частого вмешательства оператора (в некоторых случаях с тяжелым ручным трудом) в процессы выделения горячих ядовитых химикатов. Иногда рабочие, удаляющие продукты реакции из отражательной печи, носили тканевые ротовые и носовые кляпы, чтобы пыль и аэрозоли не попали в легкие.
Это улучшило ситуацию. несколько позже, поскольку процессы стали более механизированными, чтобы улучшить экономичность и однородность продукта.
К 1880-м годам были открыты методы преобразования соляной кислоты в газ хлор для производства отбеливающего порошка и для регенерации серы в отходах сульфида кальция., но процесс Леблана оставался более расточительным и более загрязняющим, чем процесс Solvay. То же самое верно, когда он сравнивается с более поздними электролитическими процессами, которые в конечном итоге заменили его для производства хлора.
В 1861 году бельгийский химик Эрнест Сольвей разработал более прямой процесс производства кальцинированной соды из соли и известняка с использованием аммиак. Единственными отходами этого процесса Сольве был хлорид кальция, поэтому он был более экономичным и менее загрязняющим, чем метод Леблана. С конца 1870-х годов содовые заводы в Solvay на европейском континенте обеспечивали жесткую конкуренцию на своих внутренних рынках британской газовой промышленности из Леблана. Кроме того, завод Brunner Mond Solvay, открывшийся в 1874 году в Winnington около Northwich, обеспечил жесткую конкуренцию на национальном уровне. Производители Leblanc были не в состоянии конкурировать с кальцинированной содой Solvay, и их производство кальцинированной соды было эффективным дополнением к все еще прибыльному производству хлора, обесцвечивающего порошка и т. Д. (Нежелательные побочные продукты стали прибыльными продуктами). Развитие электролитических методов производства хлора устранило и этот источник прибыли, и последовал спад, сдерживаемый только «джентльменскими договоренностями» с производителями Solvay. К 1900 году 90% мирового производства соды производилось методом Сольвея, а на североамериканском континенте - за счет добычи троны, обнаруженной в 1938 году, что привело к закрытию последнего североамериканского завода Сольве. в 1986 году. Последний завод по производству кальцинированной соды в Леблане был закрыт в начале 1920-х годов. Однако из-за растворимости бикарбоната способ Сольвея не подходит для производства карбоната калия, и процесс Леблана продолжал ограниченно использоваться для его производства гораздо позже.
Есть веские основания утверждать, что технологические отходы Leblanc являются наиболее опасной средой обитания в Великобритании, поскольку отходы выветриваются до карбоната кальция и производят рай для растений, которые процветают на богатых известью почвах, известных как calcicoles. Только четыре таких объекта пережили новое тысячелетие; три охраняются как местные природные заповедники, самый крупный из которых, в Ноб-Энд рядом с Болтоном, является УОНИ и Местный заповедник - в основном из-за своей редкой орхидно-кальциколевой флоры, наиболее необычной для районов с кислыми почвами. Этот щелочной остров содержит внутри себя кислотный остров, где был отложен кислый котловой шлак, который теперь проявляется как зона с преобладанием вереска, Calluna vulgaris.
