化工工艺学4章 纯碱

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1、化工工艺学Chemicalengineeringtechnics1第4章纯碱Industryofmakingsoda第一节氨碱法制纯碱第二节联合制碱法生产纯碱和氯化铵2纯碱和烧碱广泛应用玻璃、制皂、纺织、造纸、石油化工、化肥、冶金、医药等工业。用途第一节氨碱法制纯碱一、概述3【物理性质】纯碱又称苏打，白色细粒结晶粉末，分子式Na2CO3。密度2533kg/m-3,熔点851℃，热容1.04kJ/kg。【生产方法】氨碱法（索尔维制碱法）氨碱法原料：食盐、氨、石灰石、焦炭联碱法（侯氏制碱法）联碱法原料：食盐、氨、CO24二、氨碱法制碱的生产原理1、主

2、要原料食盐、氨、石灰石、焦炭2、主要化学反应P143-144【氨盐水碳酸化】NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3(s)+NH4Cl【重碱煅烧】2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O【氨的回收】NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2OCO2的来源：①大部分由煅烧石灰石得到；②一部分由重碱煅烧而来。【石灰石煅烧】CaCO3=CaO+CO2石灰窑中煅烧来的CaO供“氨回收”反应用：【石灰乳制备】CaO+H2O=Ca(OH)2△△5三、氨碱法制碱的生产流程食盐水的制备和精制食盐水吸氨成氨盐水NH3氨盐水

3、碳酸化CO2碳酸化悬浮液过滤NaHCO3煅烧成纯碱NaHCO3(g)NH4ClNaCl少量NH4HCO3及(NH4)2CO3NaHCO3(g)母液回收氨（母液：NH4Cl、未用NaCl、少量NH4HCO3及(NH4)2CO3)生石灰制石灰乳石灰石制生石灰和CO2NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3(s)+NH4ClNaHCO3Na2CO3+CO2+H2OCaCO3=CaO+CO2CaO+H2O=Ca(OH)2NH4Cl+Ca(OH)2NH3+CaCl2+H2OCaO产品纯碱吸收尾气CO2除去Ca离子加Ca(OH)2除去MgCO26图

4、4.4炉气制饱和食盐水除盐水中镁吸收尾气CO2除盐水中钙制饱和氨盐水NH3溶解碳酸氢盐沉淀并吸收石灰窑中CO2进一步吸收CO2并生成NaHCO3含CO243%的石灰窑气含CO290%的重碱煅烧气石灰石煅烧制CO2CaO+H2O制Ca(OH)2母液气提出NH3NH4Cl及未用NaClCO2含CaCl2废液NaHCO3NaCO3+CO2+H2OP14878（1）饱和盐水的制备和精制P149【原料】海盐、池盐、岩盐、井水盐、盐湖水【制备及精制过程】将原盐在化盐桶中制备得粗盐水，再精制粗盐将其中Ca盐和Mg盐等杂质除去。【精制原因】在吸氨和碳酸化过程中

5、，可能生成Mg(OH)2和CaCO3沉淀，使管道堵塞或影响产品质量。【精制目标】需除去99%以上的钙、镁杂质。四、氨碱法制碱的主要过程和设备原盐粗盐水一次盐水二次盐水去吸氨化盐桶除镁除钙塔除钙澄清一次泥二次泥回收盐，沉泥制建筑材料和化工原料9【精制反应】除镁Mg2++Ca(OH)2(s)=Mg(OH)2(s)+Ca2+（一次盐）除钙（可用下列两法之一）①石灰-碳酸铵法Ca2++2NH3+CO2+H2O=CaCO3(s)+2NH4+②石灰纯碱法Ca2++Na2CO3=CaCO3(s)+2Na+（二次盐）10【两种除钙法比较】石灰-碳酸铵法可用尾气中

6、的氨，省原料，但生成的氯化铵对碳酸化过程不利，使其转化率降低。石灰纯碱法用产品碱除钙虽损耗了部分产品，但没有氯化铵生成，对后续工序碳酸化有利。11【设备】石灰-碳酸铵法除钙塔图4.5CO2、NH312【吸氨目的】①制备适合碳酸化所需浓度的氨盐水；②同时可进一步除去盐水中钙镁杂质。【气氨来源】蒸氨塔回收的母液中的氨，气氨中还含有少量二氧化碳和水蒸气。【吸氨反应】NH3+H2O=NH4OH+Q2NH3+CO2+H2O=(NH4)2CO3+Q副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。（2）盐水吸氨制氨盐水P15013【热力学分析】①T（低温——有利吸氨）反

7、应放热较多，需及时移热。温度↑,氨平衡分压↑，氨溶解度↓——不利吸氨；【解决办法】导出盐水并用多个塔外水冷器冷却；【操作温度】但温度过低会使生成碳酸铵、碳酸氢铵等结晶析出，堵塞管道；一般控制塔中部温度不超过60-65℃，底部为30℃。14②CO2存在——有利吸氨若溶液中CO2浓度增大，CO2与氨反应右移可使氨平衡分压下降，从而有利吸氨。如图4.6所示。图4.615由碳酸化过程看，理论游离NH3与NaCl的摩尔比应为1。当n(NH3/NaCl)>1，则会有多余NH4HCO3、(NH4)2CO3等析出，降低氨的利用率；当n(NH3/NaCl)<1，则

8、又会降低钠的利用率，增加食盐消耗。生产中，一般取n(游离NH3）：n(NaCl）=1.08～1.12氨略过量，以补偿碳酸化过程中的氨损失