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1、第九章 纯碱和烧碱,第九章 纯碱和烧碱,第九章 纯碱和烧碱,本章内容目录纯碱和烧碱,第一部分 纯碱 1 纯碱的性质 2 纯碱的用途 3 生产方法 4 氨碱法制纯碱 5 联碱法制纯碱 6 氨碱法和联合 法的比较,第二部分 烧碱 1 烧碱的性质 2 烧碱的用途 3 生产方法 4 生产原理 5离子交换膜法制 纯碱,第九章 纯碱和烧碱,国内纯碱生产概况 纯碱，又叫碳酸钠，俗称“苏打” 相对分子量（或原子量） 105.99 1、密 度 2.532kg/dm3 2、熔 点 851 3、性 状 白色粉末或细粒 4、溶解情况 易溶于水，水溶液呈碱性。不溶于乙醇、乙醚。 5、其 他 吸湿性强，能因吸湿而结成硬快
2、。,1 纯碱的性质,第一节 纯碱,第九章 纯碱和烧碱,2 纯碱的用途纯碱是一种大吨位化工原料，用途极其广泛制造玻璃制肥皂硬水变软水石油和油类的碱精制冶炼工业上的应用化学工业上的应用洗涤、印染、漂白及其他,第九章 纯碱和烧碱,3 生产方法 1、氨碱法生产纯碱 2、联碱碱法生产纯碱（侯氏法） 3、路布兰法 芒硝制碱法 4、天然碱加工提纯制纯碱,（图）,（图）,（图）,第九章 纯碱和烧碱,4 氨碱法 一、化学原理： 石灰石煅烧 CaCO3 = CaO + CO2CaO +H2O = Ca(OH) 2 碳酸化 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl
3、煅烧和氨的回收 2NaHCO3=NaCO3+CO2+H2OCa(OH)2 +NH4Cl = CaCl2 +H2O,第九章 纯碱和烧碱,二、氨碱法的生产过程：（1）CO2 气和石灰乳的制备。煅烧石灰石制得石灰和二氧化碳，石灰消化而得石灰乳。（2）盐水的制备、精制及氨化，制得氨盐水。（3）氨盐水的碳酸化制重碱。来自石灰石煅烧及重碱煅烧的CO2，经压缩、冷却送至碳化塔。（4）重碱的过滤及洗涤（即碳化所得晶浆的液固分离）。（5）重碱煅烧制得纯碱成品及CO2。（6）母液中氨的蒸馏回收。,第九章 纯碱和烧碱,三、流程示意图,四、主要设备 碳化塔是氨碱法制纯碱的主要设备之一。它是由许多铸铁塔圈组装而成，结构
4、上大致可分上、下两部分：上部为二氧化碳吸收段，下部有一些冷却水箱，用以冷却碳化液以析出晶体。（图见右）,第九章 纯碱和烧碱,4 联合制碱法以食盐、氨及合成氨工业副产的二氧化碳为原料，同时生产纯碱及氯化铵，即所谓联合法生产纯碱及氯化铵，简称“联碱法”联碱法前一部分与氨碱法一样，最后把氯化铵晶体分离出来，作为一种氮肥产品，把所余的食盐返回碳化塔，供制碳酸氢钠。,联合制碱原理示意图,联合制碱流程简图,联合制碱流程详图,第九章 纯碱和烧碱,5 氨碱法和联碱法的比较1。氨碱法的优点：原料易于取得且价廉，生产过程中的氨可循环利用，损失较少；能够大规模连续生产，易于机械化，自动化；可得到较高质量的纯碱产品。
5、 2。氨碱法缺点：是原料利用率低，造成大量废液废渣排出，严重污染环境；碳化后母液中含有大量的氯化铵，需加入石灰乳使之分解，然后蒸馏以回收氨，这样就必须设置蒸氨塔并消耗大量的蒸汽和石灰，从而造成流程长，设备庞大和能量上的 浪费。 3。联合制碱法与氨碱法比较有下列优点：原料利用率高；不需石灰石及焦碳，降低了很多成本；纯碱部分不需要蒸氨塔、石灰窖、化灰机等笨重设备，缩短了流程，建长投资花费减少；无大量废液、废渣排出，可在内地建厂。,第九章 纯碱和烧碱,第二节 烧碱 1 烧碱的性质 国内烧碱生产概况 烧碱，又叫氢氧化钠；火碱；苛性钠 NaOH 相对分子量（或原子量） 40.01 1、密度 2.130
6、kg /dm3 2、熔点 318.4 3、沸点 1390 4、性状无色透明晶体 5、溶解情况易溶于水，同时强烈放热。溶于乙醇和甘油 6、其他 固碱吸湿性很强，露置在空气中，最后会完全溶解成溶液。,2 烧碱的用途烧碱的用途很大,尤其是化学药品的制造上,其次是造纸、炼铝、人造丝和人造棉、肥皂制造业。再其次在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制金属钠，水的电解以及无机盐生产中制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。,美国及日本的烧碱用途,美国,日本,化学药品 4045% 纸及纸浆 1214% 氧化铝 58% 纤维加工 36% 粘胶纤维、人造 丝、玻璃纸 45% 肥皂、洗涤
7、剂 34% 石油工业 35% 出口 810% 其他 1015%,化学工业 57% 纸及纸浆 10% 炼铝 6% 化学纤维 7% 玻璃纸 2% 纺织印染 1% 调味品 2% 石油精制 1% 出口 6% 其他 8%,第九章 纯碱和烧碱,3 生产方法,1、19世纪末，世界上一直是用苛化法生产烧碱。 2、从1890年开始采用电解法制烧碱，隔膜法和水银法差不多同时发明。 3、20世纪50年代电解制碱技术进一步发展，出现了离子交换膜法。1966年美国杜邦公司开发了化学稳定性较好的离子交换膜，1975年日本旭化成公司开始工业化生产。目前，全世界已有90多家氯碱厂应用离子膜的工艺技术，日产量已达万吨以上。,（
8、图1）,（图2）,（图）,第九章 纯碱和烧碱,4 电解食盐水生产烧碱和水银法的原理 电解食盐水生产烧碱的原理NaCl = NaCl H2O=HOH 通入直流电后，离子们被迫按一定的方向游动，阳离子在阴极获得电子变成原子，或进而结合成为分子；阴离子在阳极给出电子，同样变成原子，并结合成分子。这些分子如属气体，则从电解槽中逸出。 水银法原理 2NaCl2Hg=Cl22Na(Hg) 2Na(Hg)2H2O=2NaOHH22Hg,（图）,第九章 纯碱和烧碱,电解槽 完成电解过程的主要设备是电解槽。总的来说分为两类：一类是用处理过的石墨做阳极，铁丝网做阴极，阴极和盐水之间用石棉等多孔物质作为隔膜分开，这
9、种装置叫隔膜电解槽；另一类也用石墨做阳极，用分布在槽底的水银做阴极，叫水银电解槽或汞电解槽。,国外，氯碱工业应用的隔膜电解槽有单极和复极两种类型。单极的如美国虎克公司设计的电解槽；复极电解槽，如美国和意大利共同研究的格拉诺尔型电解槽。,格拉诺尔型电解槽,第九章 纯碱和烧碱,最常用的水银电解槽是水平式的，一层水银平卧在槽底上。为了使钠汞齐中的钠含量不超过允许限度，水银应不断流到解汞室去，因此槽底需略微倾斜，输送时并须用特制的水银泵。,水平式水银电解槽,第九章 纯碱和烧碱,5 离子交换膜法离子交换膜法与传统的隔膜法、水银法相比，具有能耗低、产品质量高、占地面积小、生产能力大及能适应电流昼夜变化波动
10、大等优点。此外，它还彻底根治了石棉、水银对环境的污染。因此，被公认为是氯碱工业的发展方向。 一、原理电解槽的阴极室和阳极室用阳离子交换膜隔开，精制盐水进入阳极室，纯水加入阴极室。通电时H2O 在阴极表面放电生成氢气，Na 离子通过离子膜由阳极室迁移到阴极室与OH 结合成NaOH；Cl 离子则在阳极表面放电生成氯气。经电解后的淡盐水随氯气一起离开阳极室。,如图,第九章 纯碱和烧碱,二、离子交换膜的性能 高化学稳定性 优良的电化学性能 稳定的操作性能 较高的机械强度 使用方便性 三、离子交换膜的种类 全氟羧酸膜（RfCOOH） 全氟磺酸膜（RfSO3H ） 全氟磺酸/羧酸复合膜（ RfSO3H /
11、 RfCOOH）,离子交换膜示意图,第九章 纯碱和烧碱,四、离子膜电解槽离子膜电解槽与单级式和复级式两种型式。不管哪种槽型，每台电解槽都是由若干个电解单元组成。每个电解单元都有阳极、阴极和离子交换膜。阳极由钛材制成，并涂有多种活性涂层；阴极有用软钢制成的，也有用镍材或不锈钢制成的。阴极上有的有活性涂层，也有的无涂层。复极槽和单极槽之间的主要区别：在于电槽的电路连线方法不同。单极槽内部的各个单元槽是并联的，而各个电解槽之间的电路是串联的。复极槽则相反，在槽内各个单元槽之间是串联，而电解槽之间是并联。,（图）,第九章 纯碱和烧碱,五、离子膜电解制碱工艺流程图 盐水的二次精制 精制盐水的电解工艺 淡
12、盐水的脱氯 六、影响电解槽技术经济指标的因素 盐水质量 阴极液中NaOH的浓度 阳极液中NaCl的浓度 阳极液的pH值 温度 停止供水或供盐水的影响,（图）,（图）,（图）,第九章 纯碱和烧碱,纯碱和烧碱,本章内容全部完毕,第九章 纯碱和烧碱,路布兰法生产纯碱流程图,第九章 纯碱和烧碱,天然碱加工提纯制纯碱流程,第九章 纯碱和烧碱,水蒸气还原芒硝制纯碱流程,第九章 纯碱和烧碱,氨碱法示意流程,第九章 纯碱和烧碱,纯碱氯化氨联合生产流程图(侯氏法),第九章 纯碱和烧碱,联合制碱示意图,第九章 纯碱和烧碱,联碱生产总流程图,第九章 纯碱和烧碱,隔膜法制烧碱工艺流程示意图 1、盐水高位槽；2、盐水氢
13、气热交换器；3、洗氢桶；4、盐水预热器；5、气液分离器；6、罗茨鼓风机；7、电解槽；8、电解液贮槽；9、碱泵,第九章 纯碱和烧碱,离子膜电解制碱原理,Na+,第九章 纯碱和烧碱,单极型电解槽,复极型电解槽,第九章 纯碱和烧碱,盐水过滤工艺流程图 1、澄清盐水槽；2、澄清盐水泵；3、助剂给料泵；4、助剂结料泵；5、炭素过滤器；6、预涂泵；7、预涂槽；8、过滤盐水槽；9、过滤盐水泵,第九章 纯碱和烧碱,淡盐水脱氯工艺流程图 1、脱氯塔；2、回收氯冷却器；3，5、气液分离器；4、真空泵；6、氯水泵；7、氯水冷却器；8、脱氯淡盐水槽；9、脱氯淡盐水泵,第九章 纯碱和烧碱,离子膜电解工艺流程图 1、淡盐
14、水泵；2、淡盐水贮槽；3、分解槽；4、氯气洗涤塔；5、水雾分离器；6、氯气鼓风机；7、碱冷却器；8、碱泵；9、碱液受槽；10、离子膜电解槽；11、盐水预热器；12、碱泵；13、碱液贮槽,第九章 纯碱和烧碱,纯碱石灰苛化法制烧碱流程图（一）,第九章 纯碱和烧碱,纯碱石灰苛化法制烧碱流程图（二）,第九章 纯碱和烧碱,离子在电解槽中 的游动情况,电解食盐溶液的示意图,第九章 纯碱和烧碱,国内纯碱概况,目前，我国共有50家左右的纯碱厂, 以氨碱法为主，联碱法和天然碱并存。 2002年国内纯碱的总生产能力达到1030万吨/年,产量为1018.9万吨 2003年，我国纯碱产量达到1101万吨，首次超过美国
15、居世界第一位。 2004年国内纯碱总产量1267万吨 2005年将达到1350万1370万吨,第九章 纯碱和烧碱,国内烧碱概况,2003年我国有一百多家氯碱生产企业，烧碱总生产能力达到1050万t以上，产量9600万t，企业规模按产量划分，20万t以上的企业有6家；其中离子膜法烧碱年生产能力占总能力的30%以上。 2004年总产量达1060.3万 t 离子膜法烧碱 “使用超前，研发滞后” 离子交换膜全部依靠进口 ,800美元/m2 ; 装置连续运行时间短，离子交换膜使用寿命不够长 能耗高于国外先进水平 盐耗高于国外先进水平.国外盐耗一般在1.5t以下，国内盐耗一般在1.551.60 t,第九章 纯碱和烧碱,
