化工工艺学第4章 纯碱与烧碱课件.ppt

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1、化工工艺学Chemicalengineeringtechnics应用化学专业第4章纯碱和烧碱Sodaandcausticsoda4.1纯碱4.2电解制烧碱和氯4.1纯碱Industryofmakingsoda4.1.1概述4.1.2氨碱法制纯碱4.1.3联合制碱法生产纯碱和氯化铵4.1.1概述纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料，广泛应用于造纸、石油化工、化肥、冶金、玻璃、纺织、医药等工业。酸和碱的产量都是衡量化学工业发达程度的标志之一。纯碱又称苏打，分子式Na2CO3。主要物理性质密度2533kg/m-3,熔点8

2、51°C，热容1.04kJ/kg等。纯碱在轻工、建材和化工中用得最多。纯碱工业是在硫酸工业发展以后逐渐发展起来的。目前主要生产方法氨碱法和联碱法。4.1.2氨碱法制纯碱4.1.2.1氨碱法的生产原理1.主要化学反应NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3(s)+NH4Cl生成的碳酸氢钠煅烧分解后可得纯碱：2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2+H2ONH3是要循环利用的，可由下列反应回收：NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O反应需要的CO2主要由煅烧石灰石得到，煅烧碳酸氢钠时也可回收一部

3、分。2.氨碱法相图讨论氨盐水碳酸化反应实质上是液固相反应，原则上可用液相平衡常数来确定平衡反应量。但由于体系复杂，液相活度系数计算困难，所以工业上往往利用实验得到的相图来确定生产条件，保证在给定工艺条件下得到所需的产品及质量。反应体系有5种物质：NaCl-NH4Cl-NH4HCO3-NaHCO3-H2O,有一个化学反应平衡常数方程，独立组分数为4。水是溶剂，所以可以将体系看成是除水外的其它4组分构成的。也可用Na+,Cl-,NH4+和HCO3-离子浓度表示。相律F=C-+2定压下，当只有需要的碳酸氢钠析出，没有其它盐类析出

4、时自由度为：F=4-2+1=3。应用温度及两个浓度变量来讨论。相图的组成必须用立体相图表示。工业上通常用四棱锥或四棱柱相图表示。15°C平衡数据如表。浓度/mol.kg-1Na+NH4+Cl-HCO3-Na+NH4+Cl-HCO3-14.623.738.170.1851.345.656.000.9923.394.527.650.3061.275.215.411.0732.195.457.130.5171.254.925.031.1241.446.286.790.9381.164.144.001.30附.三元系相图简介f*=3

5、-Φ+1=4–Φ，Φmin=1，f*max=3三维坐标→等边三角立柱ACBTTT等边三角形——组成三角形三个立柱侧面——二元相图面组成三角形的边——二元组成组成三角形的顶点——纯组元一、三元系相图组成的表示法BCAPaa’b’bc’cCb=Bb’=Pa：代表体系P中A物的含量；ba’=Cc’=Pb：代表体系P中B物的含量；Aa’=cb’=Pc：代表体系P中C物的含量；1.等含量规则一组体系点同在平行于三角形某一边的线上，该则组体系中平行线对应的顶点组成含量相同。BCAb’bPQR2.定比规则凡位于通过顶点(A)的任一直线上的

6、体系，其中顶点代表的组元含量不同，其余两组元(B和C)的含量比相同，即：BCAaPQR3.杠杆规则由两个三元体系(M和N)混合得到的新三元体系点(O)一定在M和N的连线上，且满足杠杆规则：BCAMON5.背向规则从一个三元体系中不断取走某一组元，那么该体系的组成点将沿着原组成点与代表被取走组元的顶点的连线向着背离该顶点的方向移动4.重心规则由三个三元体系(O、M和N)混合得到的新三元体系点(H)是△MON的质量重心。BCAMONGHBCAP三、三元水盐系相图水+两种盐，且两盐有共同的一种离子1.纯盐(B+C)与水(A)体系纯

7、盐：不形成共溶盐不形成化合物不形成水合盐A(H2O)CBDFED点：B盐在纯水中的溶解度；F点：C盐在纯水中的溶解度；E点：共饱和点（三相点）DE线：B盐在含C盐的(水)溶液中的溶解度曲线；FE线：C盐在含B盐的(水)溶液中的溶解度曲线；ADEF面：不饱和溶液（单相）；BDE扇面：B盐+溶液（两相）；CFE扇面：C盐+溶液（两相）；△BEC面：B盐+C盐+l(H)（三相）A(H2O)CBDFEGH体系点液相点固相点x→x1x→x1——x1x1Bx1→x2x1→EBx2EB，Cx2→QEB，CQ——B，CA(H2O)CBDFE

8、x1xx2Q液相蒸发开始析出B盐同时析出C+B盐水完全蒸发，只剩下C盐+B盐盐的提纯：（1）蒸发（浓缩）法（2）溶解（稀释）法（3）变温法A(H2O)CBDFExyzRA(H2O)CBDFED’F’E’M三种方法结合形成循环立体相图虽然能全面表示体系平衡状况，但读数较麻烦，生产上通常使用其