W grafice interaktywnej przedstawiono schemat metody Solvaya. W pierwszym etapie wykorzystywany jest wodny roztwór chlorku sodu, do którego doprowadzany jest gazowy amoniak oraz tlenek węgla($\text{IV}$). W wyniku reakcji powstaje stały wodorowęglan sodu oraz chlorek amonu. Drugi etap prowadzony równolegle polega na kalcynacji wapienia, który to składa się z węglanu wapnia. Produktami reakcji są gazowy dwutlenek węgla wykorzystywany w pierwszym etapie oraz ciało stałe tlenek wapnia. W trzecim etapie wykorzystuje się tlenek wapnia, który w reakcji z chlorkiem amonu z pierwszego etapu daje wodny roztwór chlorku wapnia oraz gazowy amoniak, który zawracany jest to pierwszego etapu, w którym zostaje wykorzystany, co zamyka cykl. Ostatni, czwarty etap metody polega na kalcynacji otrzymanego w pierwszym etapie wodorowęglanu sodu. W reakcji powstaje docelowy węglan sodu, woda oraz dwutlenek węgla zawracany do etapu pierwszego. 1. Metoda Solvaya W tym procesie wytwarza się sodę kalcynowaną (węglan sodu – ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$) z solanki (chlorku sodu – $\text{NaCl}$) i z wapienia (węglan wapnia – ${\text{CaCO}}_3$)., 2. Surowce Surowce główne: węglan wapnia, sól kamienna (chlorek sodu).

Surowiec pomocniczy: amoniak.

Paliwo do wypalania wapna palonego z wapienia: koks.

Przykładowo, do produkcji $1 \text{t}$ sody amoniakalnej zużywa się kolejno:

• $\text{NaCl}$ (w postaci solanki) $1525$–$1555 \text{kg}$;
• ${\text{CaCO}}_3$ (w postaci wapienia) $1206$–$1370 \text{kg}$;
• koks do wypalania wapna $98$–$105 \text{kg}$;
• węgiel do kalcynacji ${\text{NaHCO}}_3$ $120$–$140 \text{kg}$;
• woda amoniakalna $4$–$8 \text{kg}$.

, 3. Etap $\text{I}$ Etap rozpoczyna przejście tlenku węgla($\text{IV}$) (${\text{CO}}_2$) przez stężony wodny roztwór chlorku sodu (sól kuchenna, $\text{NaCl}$) i amoniaku (${\text{NH}}_3$). Schemat reakcji chemicznej jest następujący:

$\text{NaCl}+{\text{CO}}_2+{\text{NH}}_3+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{NaHCO}}_3+{\text{NH}}_4\text{Cl}$
W metodzie produkcyjnej przepuszcza się stężoną solankę (wodę morską) przez dwie wieże.

$\text{I}$ Amoniak przechodzi przez solankę i jest przez nią absorbowany.

$\text{II}$ Tlenek węgla($\text{IV}$) dostaje się do amoniakalnej solanki, następuje wydzielenie się wodorowęglanu sodu (sody oczyszczonej) z roztworu.

W roztworze o odczynie zasadowym, wodorowęglan sodu jest słabiej rozpuszczalny w wodzie niż chlorek sodu. Funkcją amoniaku jest buforowanie roztworu przy zasadowym pH – bez niego produkt uboczny w formie kwasu chlorowodorowego odpowiadałby za zakwaszenie roztworu i zatrzymanie wytrącania się produktu. ${{\text{NH}}_4}^{+}$ oraz solanka amoniakalna pełnią rolę „ługu macierzystego”., 4. Etap $\text{II}$ Przez ogrzewanie („kalcynację”) wapienia w temperaturze $950$–$1100°\text{C}$ i przez kalcynację wodorowęglanu sodu otrzymuje się tlenek węgla($\text{IV}$), który jest niezbędny do reakcji $\text{I}$.

Węglan wapnia (${\text{CaCO}}_3$), który wchodzi w skład kamienia wapiennego, jest w pewnej części transformowany w wapno palone (tlenek wapnia – $\text{CaO}$) i tlenek węgla($\text{IV}$):

${\text{CaCO}}_3\to {\text{CO}}_2+\text{CaO}$, 5. Etap $\text{III}$ Wytrącający się wodorowęglan sodu – ${\text{NaHCO}}_3$ odcedza się z gorącego roztworu chlorku amonu – ${\text{NH}}_4\text{Cl}$ i poddaje się procesowi z wapnem gaszonym – $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$, które powstaje podczas gaszenia tlenku wapnia ($\text{CaO}+{\text{H}}_2\text{O}\to \text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$).

$2 {\text{NH}}_4\text{Cl}+\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2\to {\text{CaCl}}_2+2 {\text{NH}}_3+2 {\text{H}}_2\text{O}$
Amoniak jest zawracany z reakcji $\text{III}$ do początkowego roztworu solanki w etapie $\text{I}$., 6. Etap $\text{IV}$ Powstały wodorowęglan sodu (${\text{NaHCO}}_3$) jest zamieniany w procesie kalcynacji ($160$–$230°\text{C}$) w produkt końcowy – węglan sodu (${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$). Jako produkty uboczne powstają woda i tlenek węgla($\text{IV}$):

$2 {\text{NaHCO}}_3\to {\text{Na}}_2{\text{CO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}+{\text{CO}}_2$
Tlenek węgla($\text{IV}$) jest regenerowany (z etapu $\text{IV}$) i ponownie używany w etapie $\text{I}$.

Instalacja Solvaya, jeśli jest prawidłowo zaaranżowana oraz stosowana, prowadzi do odzyskania dużej ilości amoniaku, co pozwala nadrobić straty, ponieważ jego tylko niewielka nowa ilość jest dodawana do procesu.

Sól kuchenna, wapień i energia cieplna to ważne składniki omawianego procesu. Chlorek wapnia stanowi jeden z istotnych produktów ubocznych, który jest wykorzystywany jako sól drogowa., 7. Podsumowanie Wytwarzanie sody amoniakalnej składa się z:

• sporządzenia solanki;
• sporządzenia solanki amoniakalnej, przez nasycanie solanki amoniakiem;
• wyprażenia wapna z kamienia wapiennego, z emisją gazów zawierających ${\text{CO}}_2$;
• nasycania solanki amoniakalnej ${\text{CO}}_2$ (karbonizacja);
• odseparowanie kryształów ${\text{NaHCO}}_3$ od ługu macierzystego;
• suszenia wilgotnego ${\text{NaHCO}}_3$ i jego rozkład termiczny (kalcynacja);
• regeneracji ${\text{NH}}_3$ z ługów macierzystych przez zmieszanie z mlekiem wapiennym i ogrzewania.

Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.