第四章 纯碱与烧碱

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1、化工工艺学（Ⅰ）主讲教师：续京2005.1第四章纯碱与烧碱纯碱和烧碱的性质和用途纯碱烧碱性质Na2CO3俗称苏打或碱灰，白色粉末，易溶于水呈碱性NaOH俗称苛性钠，纯态无水白色半透明晶体，强碱性，强腐蚀性，易潮解用途玻璃、制取钠盐和金属碳酸盐、造纸等，基本化工原料造纸、纺织、炼铝、石油、合成纤维、橡胶等，无机化工原料2纯碱与烧碱的发展和生产方法纯碱烧碱发展与生产N.Leblanc制减法(1775)E.solvey制减法----氨碱法(1861)联合制减法----侯氏制减法(1943)苛化法隔膜法(最早)水银法(1892)离子交换法

2、(1975)3中国制碱工业概况纯碱烧碱工业概况塘沽、大连(1949)四川、山东、湖北--2.37Mt(1987居世界第三)山东、河北、江苏--(0.6Mt/Y目前)问题能耗高25~35%上海(1930)27.35Mt(1987居世界第五)隔膜法-88%水银法-6.5%苛化法-5.5%4第一节氨碱法制纯碱5一、石灰石煅烧与石灰乳制备石灰石的煅烧CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)温度控制CO含量控制CO2含量石灰窑操作指标6石灰乳制备煅烧CaCO3(s)CaO(s)Ca(OH)2H2O消化7二、盐水精制及吸氨一盐水精制目的：

3、去除钙、镁离子方法：A-石灰塔气法B-石灰纯碱法比较：A利用碳化尾气，但精制过程出现“结合氨”对碳化不利；B无结合氨，但消耗最终产品纯碱8二盐水吸氨目的：制备氨盐水，并使其达到碳酸化所要求浓度吸氨反应：NH3+H2O=NH4OH+35.2KJ/mol原盐和氨溶解度相互影响吸氨过程变化：热效应体积变化吸氨变化9三、氨盐水碳酸化吸收、结晶、传热过程目的：获得产率高、质量好NH4HCO3结晶碳酸化基本原理—相图分析碳酸化过程工艺条件碳酸化流程碳化塔操作条件1011四、重碱过滤与煅烧过滤：分离晶浆中悬浮的固相NaHCO3(45~50%)晶

4、浆过滤重碱母液蒸氨煅烧煅烧：分解得到纯碱产品12五、氨的回收含NH3母液：过滤母液淡液蒸氨原理-化学反应、气液平衡蒸氨塔工艺条件排污与三废处理1314氨碱法特点优点缺点原料廉价易得大规模连续生产纯碱产品质量高原料利用率低Una不高，72~77%大量废液、废渣流程长、设备大、能耗高15第二节联合法制取纯碱和氯化铵原料(NaCl+NH3+CO2)→Na2CO3+NH4Cl特点：原料利用率高节能降耗流程简单，投资省废弃物少联合制碱流程简图16NH3+CO2+H2ONH4HCO3(aq)NaHCO3↓+NH4ClNaHCO3Na2CO3N

5、H4Cl↓+NaClNH4Cl(母液)NH4Cl(氮肥)NaCl(母液)NaCl分离煅烧5～10℃通入NaCl分离循环利用1718一、制碱与制胺过程工艺工艺条件：压力：碳化为高压；制碱、制铵和结晶为常压温度：冷析为8～10℃、盐析为13～15℃母液浓度：α：氨母液I中游离氨与CO2浓度之比，当析晶温度为10℃，α＝2.1～2.4β：氨母液II中游离氨与NaCl的物质的量之比，当析晶温度为10℃，β＝1.04～1.12γ：氨母液II中Na+对结合氨的物质的量之比，当盐析结晶温度为10～15℃，γ＝1.5～1.819二、氯化铵结晶与流

6、程NH4Cl结晶原理：过饱和度温度浓度S’SSS’•A3t1t2t3C’3C3C’1C1过饱和度＝t2-t1过饱和度＝C’3-C320过饱和度的数学计算生产中常用计算的方法粗略估计过饱和度设：结晶器温度均匀稀释倍率＝主泵循环量(m3/h)/加入母液流量(m3/h)过饱和度(浓度)＝母液结合氨下降值(tt)稀释倍率过饱和度(温度)＝(氨母液I的温度－冷析结晶温度)稀释倍率21二、氯化铵结晶与流程影响NH4Cl粒度因素：溶液成分、搅拌强度、冷却速度、晶浆固液比、停留时间结晶器的设计应有足够的容积和高度要有分级作用能起搅拌和循环作用晶浆

7、取出口的位置要合适结晶器内壁应平整、光滑、减少死角222324三、新旭法(NA)联合制碱原盐处理碳化塔改进直接冷却式冷析器重碱分离NH4cl产量调节25习题分别说明联减法和氨碱法哪一个碳化塔内部冷却段的结疤情况严重？分析课本130页--图3-5（氨碱法原料比和产品析出图），当物相点分别从X、Y、Z到T、P1、Q的体系变化？26第三节苛化法制烧碱苛化原理：NaCO3+Ca(OH)→CaCO3+2NaOH可逆反应溶解度变化平衡常数热效应27苛化流程化碱澄清蒸发苛化28第四节电解法制烧碱和氯气基本概念：电解过程：电能→化学能电解质法拉第

8、第一、第二定律电流效率=实际生产电量/理论电量理论分解电压、超电压与槽电压电能效率=W理/W实*100%=电量Q*电压E=电流效率*电压效率29电极反应：阴极：H2O+e-→½H2+OH-阳极：2Cl--2e-→Cl2副反应：Cl2+H2O→HCl