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1、I职业技术学院毕 业 设 计（论 文）(冶金化工系)题 目 年产 30 万吨氨碱法制纯碱碳化工段的工艺设计 专 业 应用化工技术 班 级 姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2010 年 6 月 28 日2010 年 10 月 8 日 II目 录摘要 .1第一章 概述 .21.1 纯碱的性质和用途 .21.1.1 纯碱的物理性质 .21.1.2 纯碱的化学性质 .21.1.3 纯碱的用途 .31.2 纯碱的生产方法 .31.2.1 侯氏制碱法（又称联合制碱法） .31.2.2 氨碱法制纯碱（又称苏尔维法） .41.2.3 天然碱加工法 .51.3 联合制碱法与氨碱法比较 .51.4 纯碱的发展
2、前景与展望 .5第二章 氨碱法制纯碱 .82.1 氨碱法制纯碱的原料 .82.2 氨碱法制纯碱的原理 .92.3 氨碱法制纯碱的工艺流程 .102.3.1 石灰石的煅烧与石灰乳的制备 .102.3.2 氨盐水的制备 .112.3.3 氨盐水的碳酸化 .112.3.4 重碱的过滤与煅烧 .13第三章 氨碱法碳化工段物料及热量衡算 .143.1 物料衡算 .143.2 热量衡算 .18第四章 碳化工段的工艺条件与主要设备 .214.1 工艺条件的选择 .214.1.1 碳化度 .214.1.2 原始氨盐水溶液的适宜组成 .214.1.3 碳化温度 .21III4.2 主要设备 .224.2.1 碳
3、酸化塔 .224.2.2 二氧化碳压缩机 .23致 谢 .25参考文献 .26- 1 -摘 要氨碱法制纯碱的一个重要工序是氨盐水的碳酸化，它同时具有吸收、结晶和传热等单元过程。这些单元过程相互联系相互制约。碳酸化的目的在于获得产率高，标志着氯化钠和氨的利用率高，从而使产品成本降低。本设计介绍了纯碱的性质、用途、生产方法和氨碱法制纯碱的工艺流程。重点介绍了碳化工段的工艺流程和物料及热量的衡算。关键词：纯碱；工艺流程；碳化 - 2 -第一章 概述1.1 纯碱的性质和用途1.1.1 纯碱的物理性质纯碱外观为白色粉末或细粒结晶，味涩。相对密度(25) 2.532。熔点 851。比热容 1.042J/(
4、g）（20）。易溶于水，在 35.4其溶解度最大，每 100g 水中可溶解 49.7g 碳酸钠（0时为 7.0g，100为 45.5g）。微溶于无水乙醇，不溶于丙醇。其水溶液水解呈碱性，有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。高温下可分解，生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳生成碳酸氢钠，并结成硬块。纯碱是碳酸钠（Na 2CO3)的俗名，又称为苏打，是白色粉末虽然碳酸钠俗称纯碱，但它其实属于盐类物质，因其水溶液显弱碱性而称纯碱。其晶体含结晶水，化学式 Na2CO310H2O。在空气里碳酸钠晶体很容易失去结晶水，并渐渐碎裂成粉末。失水以后的碳
5、酸钠叫做无水碳酸钠。纯碱就是碳酸钠，最重要的化工工业原材料之一，广泛地应用于玻璃、化工工业（烧碱、硝酸钠、清洁剂、软化硬水）、石化、冶金等行业，同时也应用在造纸、肥皂、纺织、印染、皮革、食品、医药、胶卷、轻工等行业。1.1.2 纯碱的化学性质(1) 稳定性 高温下可分解，生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳，生成碳酸氢钠，并结成硬块。吸湿性很强 ，很容易结成硬块，在高温下也不分解。含有结晶水 3 种：Na 2CO3H2O、Na 2CO37H2O 和 Na2CO310H2O。(2) 溶解性易溶于水，微溶于无水乙醇，不溶于丙醇。碳酸钠易溶于水，是一种弱酸盐，溶于水后发
6、生水解反应，使溶液显碱性，有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。(3) 化学反应纯碱是一种强碱弱酸生成的盐，它的水溶液呈碱性，并能与强酸发生反应，如：Na2CO3 十 2HCl2NaCl 十 H2O 十 CO2在高温下，纯碱可分解为氧化钠和二氧化碳，反应为下：Na 2CO3Na 2O 十- 3 -CO2，另外，无水碳酸钠长期暴露于空气中能缓慢地吸收空气中的水分和二氧化碳，生成碳酸氢钠。Na 2CO3 十 H2O 十 CO2 2NaHCO 3。1.1.3 纯碱的用途纯碱（学名碳酸钠）实际上是个盐，由于它在水中发生水解作用而使溶液呈碱性，纯碱易溶于水，呈强碱性，都能提供
7、Na+离子。这些性质使它们被广泛地用于制肥皂、纺织、印染、漂白、造纸、精制石油、冶金及其他化学工业等各部门中。普通肥皂是高级脂肪酸的钠盐，一般是用油脂在略为过量的烧碱作用下进行皂化而制得的。印染、纺织工业上，也要用大量碱液去除棉纱、羊毛等上面的油脂。生产人造纤维也需要纯碱。精制石油也要用纯碱。为了除去石油馏分中的胶质，一般在石油馏分中加浓硫酸以使胶质成为酸渣而析出。经过酸洗后，石油里还含有酚、环烷酸等酸性杂质以及多余的硫酸，必须用纯碱溶液洗涤，再经水洗，才能得到精制的石油产品。在造纸工业中，首先要用化学方法处理，将含有纤维素的原料（如木材）与化学药剂蒸煮制成纸浆。所谓碱法制浆就是用纯碱溶液作为
8、蒸煮液来除去原料中的木质素、碳水化合物和树脂等，并中和其中的有机酸，这样就把纤维素分离出来。在冶金工业中，往往要把矿石中的有效成分转变成可溶性的钠盐，以便除去其中不溶性的杂质，因此，常需要加入纯碱（它又是助熔剂），有时也用烧碱。例如，在铝的冶炼过程中，所用的冰晶石的制备和铝土矿的处理，都要用到纯碱。又如冶炼钨时，也是首先将精矿和纯碱焙烧成可溶的钨酸钠后，再经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨的。在化学工业中，制金属钠、电解水都要用纯碱。许多无机盐的生产，特别是制备一些钠盐（如硼砂、硅酸钠、磷酸钠、重铬酸钠、亚硫酸钠等等）都要用到纯碱。合成染料、药物以及有机中间体等也要用到烧碱或纯碱。此外，纯
9、碱还用于食品工业和日常生活中。1.2 纯碱的生产方法1.2.1 侯氏制碱法（又称联合制碱法）该法主要采用食盐、氨以及合成氨生产过程中所产生的二氧化碳气体为原料，同时生产纯碱和氯化铵肥料，将合成氨和纯碱两大生产系统联合，故简称“联合制碱”或“联碱”。它使盐的利用率从原来的 70%一下子提高到 96%。此外，污染坏境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥氯化铵，还可以减少 1/3 设备，所以它的优越性大大超过了苏尔维制碱法，从而开 创了世界制碱工业的新纪元。- 4 -制碱的主要原料是食盐，也就是氯化钠，而四川的盐都是井盐，要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于浓度稀，还要经过浓缩才能成为原料，这样
10、食盐成本就高了。另外，苏尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高，也就是说有 30%的食盐要白白地浪费掉，这样成本就更高了，所以侯德榜决定不用苏尔维制碱法，而另辟新路。 他首先分析了苏尔维制碱法的缺点，发现主要在于原料中各有一半的比分没有利用上，只用了食盐中的钠和石灰中碳酸根，二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成了氯化钙，这个产物都没有利用上。那么怎祥才能使另一半成分变废为宝呢？制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供，滤液中的氯化铵加入食盐水，让它沉淀出来。这氯化铵既可作为化工原料，又可以作为化肥，这样可以大大地提高食盐的利用率，还可以省去许多设备，例如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。于是他又带领技术人员，做起了实验。一直进行了 500 多次试验，还分
