柳亚夫现在要先把钠碱生产出来,用来做肥皂,以他现在的条件,要得到钠碱(火碱)需要经过很多步骤。要火碱,就要有纯碱;要得到纯碱,只能用路布兰制碱法,利用浓硫酸与食盐反应得到;要得到浓硫酸,就先要生产硝酸。
当然,还有一种低成本得到烧碱的办法,就是电解饱和食盐水,但是现在柳亚夫没有找到磁铁石,生产不了电,所以只能用最古老的的办法生产烧碱。
现在柳亚夫便要生产硝酸,要得到硝酸,并不难,硝石(硝酸钾)在400度的高温下,会分解,产生氧化钾,氮氧化物与氧气:4KNO3=2K2O+4NO↑+3O2↑(400?C)。而一氧化氮与氧气、水反应,生成硝酸:NO+O2=NO2 ,3NO2+H2O=2HNO3+NO
他用的反应器具是将硝酸钾装在陶瓷瓦罐中,加热,顶部用盖子密封,盖子上插着一根竹管,用来排气。
硝酸钾分解时,产生的气体经过竹筒导管,通入一个装了蒸馏水的瓦罐中,瓦罐也密封,进气管子伸入蒸馏水下,让气体与水充分反应,生硝酸水溶液,还有部分气体没有反应完全,继续用一根管子在水面上方,把它们通入另一个装了蒸馏水的瓦罐中反应。
如此往返循环,经过五次反应后,硝石中的氮元素反应率能达到99.96%。
柳亚夫跟李顺父子加上王铁蛋几人,把这套反应装置安装好。
并在第一个陶瓷瓦罐中加入部分5斤硝石,放到刚砌好简易灶台上,然后将各个反应装置连通,密封好,又检查了一遍气密性。
接着灶膛开始烧火加热,并开始往加热的陶瓷罐中鼓风。
随着温度的升高,瓦罐中的硝石开始分解。因为不清楚硝酸钾分解需要的具体时间,为了使其完全分解,这次加热时间足足有一个小时。
然后,柳亚夫用自己制作的天平秤称量反应后的硝酸水溶液重量,五个陶瓷瓦罐中一开始的蒸馏水重量是10KG,反应后,溶液重量是11.55KG。经过计算,他知道这次硝石基本上是反应完全的,如果纯净的硝石,反应后的溶液应该是11.58KG,但他买的硝石肯定有杂质,所以少了30多克。
是的,柳亚夫现在用的重量单位是千克,这个年代的度量衡单位非常麻烦,有生,料,斤等等,为了精准的度量衡,柳亚夫以一立方分米的蒸馏水定位为一千克,并以此制作标准秤。
他利用自己穿越带过来的游标卡尺,精心制作了五个内壁长宽高都是一分米的相同重量容器,然后都装满水,利用天平,选择一个中间重量的盒子中的水作为一千克的标准重量。
然后把其中一个盒子水倒掉,擦干水,利用一千克标准水的盒子称量出一千克经过鞣制、不沾手的面团,这个面团便是一千克的标准重量,再利用天平,便得到了1000G、500G、250G、125G、100G……1G的砝码。
所以,他利用天平的原理,制作了精确到1G的标准秤。
这第一次试验,生产出了硝酸溶液,说明这个办法可行,接下来就是大量生产,柳亚夫又把山剩下的95斤硝石,分四次,放进瓷器瓦罐中加热,分解。
经过一个上午的生产,他得到了浓度接近30%的稀硝酸近100公斤。
硝石分解后,还得到白色的氧化钾超过28公斤,可以用来制钾碱,被柳亚夫用一个瓦罐装好,密封起来备用。
下午,接着制作硫酸,反应的容器用的是制作硝酸的容器,不过第二个瓦罐中的蒸馏水换成了经过蒸馏的稀硝酸溶液。同时,第一个加热硫磺的瓦罐多了一个进气管,向瓦罐鼓入空气,为硫磺的燃烧提供氧气。
为此,柳亚夫还特意做了一个鼓风的竹蜻蜓,跟他熬猪油时做的一样,不过这个竹蜻蜓要结实,精细一些。
瓦罐下加热,慢慢通入空气,随着瓦罐中温度升高,硫磺开始燃烧起来。硫磺燃烧,产生二氧化硫气体,经过鼓风机鼓风,二氧化硫气体通过排气管,进入第一个装了硝酸溶液的瓦罐中。二氧化硫与硝酸、水反应,生成硫酸与氮氧化物,氮氧化物又与氧气,水反应生成硝酸。
如此数次反应后,前面第一个、第二个瓦罐中便算是硫酸与硝酸溶液混合物。
把第一个瓦罐与第二个瓦罐通风蒸馏,便能得到浓硫酸溶液,而其中的硝酸也能通过后面的瓦罐收集起来,继续使用。
因为硫磺燃烧反应,速度非常快,所以制作浓硫酸的速度也非常快,不到两个小时,便生产了一大罐浓硫酸溶液。经过称量有53公斤,柳亚夫知道这硫酸浓度已经接近工业浓硫酸浓度了,应该超过了97%。
接下来,要把买来的粗盐过滤提纯,柳亚夫先将它融化进水中,至饱和后,多次过滤,再加热,等待产生了沉淀后,将沉淀过滤出来,接着再将食盐溶液放到铁锅中加热,让食盐在析出来,就得到比较纯度相对较高的食盐。当然其中还是含有一些镁离子,钙离子,硫酸根离子,但这对接下来的反应影响不大,也不需要除去。
现在,就可以利用浓硫酸与食盐,通过路布兰制碱法,制取纯碱了。
柳亚夫把把在食盐跟浓硫酸在陶瓷缸中按照3:5的重量混合,下面烧火加热,生成硫酸钠与氯化氢气体,(2Naa2SO4+2HCl↑)把盐酸气体通入水中,收集存储起来。
到这个时候,天色就渐渐暗淡下来,王铃花蹦蹦跳跳的向工作坊跑了过来。远远的就在喊:“柳大哥,肥皂做好了没,娘叫我来喊你们吃饭了。”