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1、第二章 制碱工艺,2.1 氨碱法制纯碱,纯碱是重要的化工原料之一。 化学工业制水玻璃(水溶性硅酸盐)、重铬酸钠、硝酸钠、氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠等。 冶金工业用作冶炼助熔剂、选矿用浮选剂，炼钢和炼锑用作脱硫剂。 印染工业用作软水剂。 制革工业用于原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱度。,2.1.1 氨碱法工艺流程示意图,盐水制备,盐水精制,吸氨,碳化,过滤,煅烧,蒸氨,压缩,石灰窑,消化,水,盐,N3H,水蒸气,废液,石灰乳,Na2CO3,CO2,CO2,CO2,碳化尾气NH3、CO2,无烟煤或焦炭,石灰石,氨碱法生产纯碱过程主要分以下几个工序 二氧化碳和石灰乳的制备 石灰石于940至
2、1200在煅烧窑内分解得到生石灰CaO和CO2气体。 CO2用于碳化，生石灰CaO加水制成石灰乳(氢氧化钙乳液)，用以蒸氨。 b. 盐水的制备和精制 将原盐溶于水制得饱和食盐水溶液；由于盐水中含有Ca、Mg等离子，需要精制。,c. 氨盐水的制备 精制后的盐水吸氨制备含氨的盐水溶液。 d. 氨盐水的碳酸化(最重要工序) 氨盐水与CO2作用生成碳酸氢钠和氯化铵，碳酸氢钠浓度过饱和后结晶析出，从而与溶液分离。 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl,e. 碳酸氢钠的煅烧 煅烧目的是为了分解碳酸氢钠获得纯碱，同时回收近一半的CO2供碳酸化使用。 2NaHCO3 = Na2CO3+H
3、2O+CO2 f. 氨的回收 碳酸化后分离出来的母液中含有NH4Cl、NH4OH、 NH4CO3和NH4HCO3 ，需要将氨回收利用。,2.1.2 石灰石煅烧与石灰乳制备,a. 石灰石煅烧的原理 CaCO3=CaO + CO2 H = 179.6kJ/mol 生产中一般控制石灰石温度在950至1200。温度过高时可能出现熔融或半熔融状态，发生挂壁或结瘤，石灰变成坚实不易消化的“过烧石灰”。 窑气(CO2含量40%)经过净化、冷却后被压缩机抽出，实现石灰石持续分解。,b. 石灰窑(石灰石煅烧的场所) 目前采用最多的是连续操作的竖窑，窑身用普通砖砌成或钢板卷焊制成，内衬耐火砖，两层之间填装绝热材料
4、，减少热量损失。 空气由鼓风机从窑下部送入窑内，石灰石和固体燃料由窑顶装入，在窑内自上而下运动，反应自下而上进行，窑底可连续生产出生石灰。,c. 石灰乳制备 把石灰窑排出的生石灰加水进行消化，制备后续工序(盐水精制和蒸氨过程)所需的氢氧化钙。 消化时因加水量不同，可得到： 消石灰(氢氧化钙细粉末)、 石灰膏(稠而不流动的膏)、 石灰乳(消石灰在水中的悬浮液)、 石灰水(氢氧化钙水溶液)。 石灰乳较稠对于生产有利，但太稠易沉淀堵塞设备，一般工业上使用比重1.27的石灰乳。,2.1.3 盐水精制与吸氨,饱和盐水的制备与精制 精制盐水的方法目前有石灰-碳酸铵法和石灰-纯碱法。 石灰-碳酸铵法 用消石
5、灰除去盐水中的镁(Mg2+)，反应过程pH一般控制在10至11。 Mg2+ + Ca(OH)2= Mg(OH)2 + Ca2+,将分离出沉淀后的溶液送入除钙塔中，用碳化塔顶部尾气中的NH3和CO2再除去Ca2+。 Ca2+CO2+2NH3+H2O = CaCO3+ 2NH4+ (2) 石灰-纯碱法 用消石灰除去盐水中的镁(Mg2+)，反应过程pH一般控制在10至11，反应式为： Mg2+ + Ca(OH)2= Mg(OH)2 + Ca2+ 用纯碱除钙，反应式： Ca2+Na2CO3 = CaCO3 +2Na+,怎样除掉钾离子？,b. 盐水吸氨 (1) 吸氨的原理 精制盐水与NH3发生下列反应：
6、 NH3(g) +H2O(l) = NH4OH(l) 精制以后的饱和盐水冷却后由吸氨塔上部淋下，与塔底上升的氨气逆流接触，以完成盐水吸氨过程。,(2) 吸氨的主要工艺条件 氨盐水NH3/NaCl比值的选择： NH3/NaCl比值过高会有NH4HCO3 和NaHCO3同时析出，降低氨的利用率；如果此值过低，又会降低钠的利用率。生产实践中NH3/NaCl比值一般为1.08至1.12 。,盐水吸氨温度的选择： 低温有利于盐水吸收氨气，有利于降低氨气夹带的水蒸汽量，但温度过低会产生(NH4)2CO3H2O和NH4HCO3结晶堵塞设备。实际生产中吸氨塔温度控制在55至60。 吸氨塔压力的选择： 吸氨操作
7、在微负压下进行，其压力大小以不妨碍盐水下流为限。,2.1.4 氨盐水碳酸化,a. 碳化的基本原理 氨盐水吸收CO2的过程称为碳酸化，又称碳化，其目的在于获得高产率和高质量的碳酸氢钠结晶。碳酸化过程的反应式： NH3+CO2+H2O = NH4HCO3 NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 +NH4Cl,b. 氨盐水碳化的工艺条件 碳化度 碳化度是指氨盐水溶液吸收二氧化碳程度的量，定义为碳化液体系中全部二氧化碳的摩尔数与总氨气的摩尔数之比。碳化度值越大，NH3转变成NH4HCO3 越完全。 受多种条件限制，实际生产中碳化度一般控制在180至190%范围内。,(2) 原始氨盐水溶液的理论
8、适宜组成 理论适宜组成是指在一定温度和压力条件下，塔内达到固液平衡时，液相的组成NH3/NaCl是氯化钠的利用率UNa达到最高时的原始溶液组成。 实际生产中一般控制NH3/NaCl在1.08至1.12范围内。,2.1.5 重碱过滤与煅烧,过滤分离设备 离心过滤机和真空过滤机 真空过滤机主要有滤鼓、错气盘、碱液槽、压辊、刮刀、洗水槽和传动带组成，其中滤鼓是最关键组成部分。,b. 重碱煅烧的基本原理 重碱是一种不稳定化合物，在内热式蒸汽煅烧炉内加热分解，随温度升高而分解速度加快。 2 NaHCO3= Na2CO3 + CO2+H2O,氨碱法工艺流程示意图,盐水制备,盐水精制,吸氨,碳化,过滤,煅烧,蒸氨,压缩,石灰窑,消化,水,盐,N3H,水蒸气,废液,石灰乳,Na2CO3,CO2,CO2,CO2,碳化尾气,无烟煤或焦炭,石灰石,
