轉化法制備氯化銨的條件優化

周德望，郭必豹，李祖略，李 芳

（臺州學院醫藥化工學院， 浙江 椒江 318000）

轉化法制備氯化銨的條件優化

周德望，郭必豹，李祖略，李 芳

（臺州學院醫藥化工學院， 浙江 椒江 318000）

以氯化鈉和硫酸銨為原料，采用正交設計法對氯化銨的制備條件進行了優化。實驗結果表明：在物料比為2∶1，冰浴冷卻時間為20 min，蒸發水量為45%，冷卻溫度為35 ℃的條件下，單次結晶氯化銨的產率和純度明顯提高。

氯化銨；轉化法；正交設計

氯化銨(NH4Cl)屬無色立方晶體或白色粉末，是一種重要的無機化工原料，國內工業化生產方法為純堿聯產氯化銨工藝[1]，而實驗室制法為轉化法[2]。目前，氯化銨除主要用作化學肥料[3]外，科技工作者還對其在浸取毒重石制備氯化鋇[4]、固相分解法生產氨[5]、處理含釩廢水[6]及醫藥和食品助劑[7]等方面的應用進行了研究。因此，優化實驗室制備氯化銨的實驗條件，強化方法學在水溶性無機鹽制備方法中的應用，對于提高產品的純度與產率，具有一定的參考價值。

按文獻［2］轉化法制備氯化銨時，由于Na2SO4和NH4Cl不易分離，因此，所得到的產品純度差，產率低(有時甚至得不到NH4Cl)。因此，本文利用正交設計法對轉化法制備NH4Cl的技術條件進行設計、優化與改進，以達到在保證NH4Cl純度的前提下，進一步提高產品的產率。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

循環水式真空泵(臺州市信力電子設備有限公司)；調溫電熱套(ZNCL-TS，河南愛博特科技發展有限公司)；Elix-5+Milli-QG純水系統(美國Millipore公司)；滴定管，蒸發皿等。

硫酸銨，氯化鈉，鉻酸鉀，硝酸銀(0.01 mol/L)等均為分析純；實驗用水為蒸餾水。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗原理

本實驗利用NaCl與(NH4)2SO4的復分解反應來制備NH4Cl。

NH4Cl、Na2SO4·10H2O和Na2SO4在水中的溶解度曲線如圖1所示。

圖1 溶解度曲線Fig.1 Curve of solubility

由圖1可看出，NH4Cl和Na2SO4·10H2O的溶解度隨溫度的升高而增加，但當溫度超過32.4 ℃時，Na2SO4·10H2O失去結晶水變成無水Na2SO4，同時，其溶解度會隨溫度的升高反而降低[1]。因此，將NaCl與(NH4)2SO4溶于水，再用冰浴冷卻，在Na2SO4·10H2O結晶析出并過濾后，將濾液加熱蒸發，Na2SO4又會結晶析出，再趁熱過濾除去Na2SO4，最后再將濾液冷卻，NH4Cl晶體隨溫度的下降逐漸析出，在35 ℃左右抽濾，即可得純度較高的NH4Cl產品。

1.2.2 實驗方法

稱取適量的NaCl 和(NH4)2SO4放入小燒杯中加23 mL的蒸餾水，攪拌至完全溶解。然后將盛有溶液的小燒杯放入冰浴，當燒杯中溶液溫度接近冰浴溫度時(約需12 min)，加入Na2SO4晶種，放置適當時間，抽濾，除去Na2SO4·10H2O。將濾液轉入蒸發皿，水浴加熱蒸發到相應的一定體積，趁熱過濾；濾液迅速倒入燒杯中，靜置至35 ℃，抽濾，產品干燥后，稱量。產品純度(Cl-含量)按文獻[2]的鉻酸鉀指示劑法測定。

2 結果與討論

2.1 實驗方案設計

初步實驗結果表明，影響NH4Cl收率與純度的主要因素有NaCl和(NH4)2SO4的物料比、加入晶種后靜置時間(靜置時間)和水的蒸發量等。因此，按照正交實驗設計方法，以物料比(A)、冰浴冷卻時間(B)和水的蒸發量(C)三個因素(每個因素考察四個水平變量)優化NH4Cl的制備條件。選擇L16(45)正交表進行表頭設計[3]，各因子與水平的對應關系如表1。按正交表所組成的各因子不同水平的實驗方案如表2，實驗考量指標為NH4Cl收率與純度。

表1 因子與水平的對應關系Table 1 List of factors and its levels

2.2 實驗結果

根據表2的16組方案進行實驗，計算產品的收率，并測定其純度，結果見表2右側。

2.3 極差分析

由各因素不同水平下收率與純度的平均值(ki(r)/ki(Cl-))及極差值(R)的數據可以看出，靜置時間和水的蒸發量是影響指標的主要因素，物料比是次要因素。按照實驗對指標的要求，選取的最佳實驗條件為物料比(mol/mol)2∶1，加入晶種后的冰浴冷卻靜置時間20 min，水的蒸發量45%，即A3B2C1作為NH4Cl的優化制備條件，最佳條件下重復4次實驗，NH4Cl的平均收率為26%，平均純度92%。

表 2 實驗方案、結果及極差分析Table 2 The scheme, results and range analysis of orthogonal experiments

3 結束語

以氯化鈉和硫酸銨為原料，用轉化法制備NH4Cl，實驗操作的關鍵是靜置時間和水的蒸發量控制及Na2SO4雜質的分離技術。本文利用Na2SO4·10H2O失去結晶水的拐點溫度之后，Na2SO4溶解度隨溫度升高而降低的特點，通過控制溫度并進行兩次分離的方法，有效地去除了Na2SO4雜質，同時，加入Na2SO4晶種后在冰浴中靜置冷卻20 min，控制水的蒸發量為45%，即可有效地保證產品的純度，提高NH4Cl的產率。

［1］ 王延峰，劉吉祥，肖光. 氯化銨生產工藝的研究[J]. 氮肥技術，2014，34(4): 45-46.

［2］ 梁華定，陳素青，趙松林，等. 基礎實驗Ι(無機化學實驗)[M]. 杭州：浙江大學出版社, 2012.

［3］ 汪德春. 氯化銨產品應用拓展展望[J]. 純堿工業，2012，1:23-24.

［4］ 孫大貴，王冰青，劉作華，等. 電場強化氯化銨法浸取毒重石的實驗研究[J]. 無機鹽工業，2014，46(1): 17-20.

［5］ 劉潤靜，趙曉鳳. 氯化銨固相分解法生產氨新工藝的研究[J]. 純堿工業，2012，3: 3-5.

［6］ 關洪亮， 王杏林， 張璐，等. 氯化銨處理含釩廢水的研究[J]. 環境科學與技術，2014，37(5)：122-125.

［7］ 賈文平，韓得滿，李芳，等. 基礎實驗Ⅲ(分析化學實驗)[M] .杭州：浙江大學出版社, 2012.

［8］ 鄭用熙. 分析化學中的數理統計方法[M] .北京：科學出版社, 1991.

Optimization of Conditions for Preparation of Ammonium Chloride Based Transformation Method

ZHOU De-wang, GUO Bi-bao, LI Zu-xian, LI Fang
（School of Pharmaceutical and Chemical Engineering, Taizhou University, Zhejiang Jiaojiang 318000, China）

An experimental program was designed for preparing ammonium chloride from sodium chloride and ammonium sulfate based on the orthogonal design. The optimum conditions were determined as follows: material ratio 2:1, cooling time 20 min and temperature 35 ℃,water evaporation 45%. Under above conditions, the productivity and pure of ammonium chloride could be improved dramatically.

Ammonium chloride; Transformation; Orthogonal design

TQ 113.7

： B

： 1671-0460（2015）01-0039-03

2014-06-03

周德望（1992-），男，浙江溫州人，臺州學院醫藥化工學院生物制藥工程專業。E-mail：1670317594@qq.com。

李芳(1963-)，女，山西大同人，副教授，主要從事無機化學科研與教學工作。Email: tzclifang@tzc.edu.cn。