学习目标,知识目标 1了解纯碱的各种生产工艺和目前工业上所采用的制碱方法； 2了解氨碱法制纯碱的基本原理； 3理解氨盐水碳酸化过程反应机理及钠、氨利用率和碳酸化度的计算； 4掌握饱和盐水的精制原理； 5掌握吸氨、碳酸化工段的工艺条件及工艺流程； 6掌握蒸氨塔中的化学反应关系以及蒸氨工艺条件的选择学习目标,能力目标 1能够进行生产工艺条件的分析、判断和选择； 2能够进行精盐吸氨、碳酸化工段的生产操作任务一 生产方法的选择,任务一 生产方法的选择,1路布兰法生产纯碱 该法以食盐、硫酸、煤和石灰石为原料，首先用食盐和硫酸反应生成硫酸钠，而后将无水硫酸钠、石灰石及煤混合后置于反射炉内加热到9501000 ，即生成碳酸钠经过浸取、浓缩而得纯碱主要化学反应为 2NaCl+H2SO4 Na2SO4+2HCl Na2SO4+2C Na2S+2CO2 Na2S+CaCO3 Na2CO3+CaS,任务一 生产方法的选择,氨碱法生产纯碱 氨碱法生产纯碱主要是采用食盐、石灰石、焦炭和氨为原料，其示意流程参见图8|1图8|1氨碱法示意流程主要生产过程包括盐水制备、石灰石煅烧、氨盐水制备及其碳酸化、重碱的分离及煅烧、氨回收等。
主要化学反应为 CaCO3 CaO+CO2 CaO+H2O Ca(OH)2 NaCl+NH3+H2O+CO2 NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O,任务一 生产方法的选择,氨碱法生产纯碱,图8-1 氨碱法示意流程,任务一 生产方法的选择,氯化钠是制造纯碱的主要工业原料，主要来源为海盐、岩盐和天然盐水 海盐 海水中含有各种盐类，其中以NaCl为主海盐的生产一般是将海水引入盐田晒制而得，质量视海水的成分、晒制的工艺条件而定 岩盐 以矿床形式存在于地层中的天然氯化钠统称为岩盐以水溶法进行开采得到盐卤，将盐卤加工可制得氯化钠 天然盐水 天然盐水含NaCl 12以上，并含有KCl、NH4Cl、CaSO4、MgCl2等物质符合一定要求的天然盐水可直接用于制碱任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,1石灰-氨-二氧化碳法 首先向粗盐水中加入石灰乳除去镁盐，一般溶液的pH控制在1011 Mg2++Ca(OH)2 Mg(OH)2+Ca2+ 除镁时，为加速杂质沉淀，还需加入助沉剂以提高精制效果。
除镁后的盐水称一次盐水，然后将其送入除钙塔利用碳酸化塔后的尾气（其中含氨及二氧化碳）除去一次盐水中新加入的和原有的钙离子，反应式为 Ca2++2NH3+H2O+CO2 CaCO3+2NH+4,任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,1石灰-氨-二氧化碳法,图8-2 石灰-氨-二氧化碳法精制盐水流程,1化盐桶； 2反应罐； 3一次澄清桶； 4除钙塔； 5二次澄清桶； 6泥桶； 7一次泥罐； 8二次泥罐； 9废泥罐； 10石灰乳桶； 11加泥罐,任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,用石灰乳先除去粗盐水中的镁盐，而后再用纯碱除去一次盐水中的钙盐，其反应式为 Mg2++Ca(OH)2 Mg(OH)2+Ca2+ Ca2++Na2CO3 CaCO3+2Na+,图8-3 石灰-纯碱法精制盐水流程,1化盐桶； 2反应罐； 3澄清桶； 4精盐水贮桶； 5洗泥桶； 6废泥罐； 7澄清泥罐； 8灰乳贮槽； 9纯碱贮槽,任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,精盐水吸氨的操作称为氨化，目的是制备符合碳酸化过程所需浓度的氨盐水，同时起到最后除去盐水中钙镁等杂质的把关作用盐水吸氨所用的气氨来自蒸氨塔，气氨中还含有少量二氧化碳和水蒸气。
（一）盐水吸氨的基本原理 1吸氨的化学反应及化学平衡 精制盐水与由蒸氨塔送来的气体发生如下反应： NH3(g)+H2O(l) = NH4OH(aq) H=-35.2 kJ/mol 2NH3(g)+CO2(g)+H2O(l) = (NH4)2CO3(aq) H=-95.0 kJ/mol,任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,2原盐和氨溶解度的相互影响 氯化钠在水中的溶解度随温度的变化不大，但在饱和盐水吸氨时，会使氯化钠的溶解度降低氨溶解得越多，氯化钠的溶解度越小氨在水中的溶解度很大，但在盐水中有所降低，这就是说氨盐水气相中的氨平衡分压也比纯氨水气相中氨的平衡分压大温度对气氨溶解度的影响与一般气体的影响相同，温度越高溶解度越小在盐水吸氨过程中，因气相中的CO2溶于液相能生成(NH4)2CO3，故可增大氨的溶解度盐水吸氨过程中，由于它们的相互影响、相互制约作用，饱和盐水的吸氨量应该进行适当控制否则，氯化钠在液相中的溶解度将因氨浓度的升高而下降，这对制碱过程中钠的利用率及产率是很不利的任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,3吸氨过程的热效应 吸氨过程在吸氨塔内进行，伴有大量热放出，其中包括NH3和CO2的溶解热，NH3与CO2的反应热，以及氨气所带来的水蒸气冷凝热。
1 kg氨吸收成氨盐水时释放出的总热量为4280 kJ这些热量若不从系统中引出，就足以使吸氨塔内温度高达120 ，结果将会完全失去吸氨作用，反而变成蒸馏过程所以冷却是吸氨过程的关键冷却越好，吸氨越完全但实际生产过程中，过冷也将造成杂质分离困难，所以一般温度应控制在70 左右为宜任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,（二）盐水吸氨的工艺流程及工艺指标控制 1工艺流程 吸氨塔是一个多段铸铁单泡罩塔，是完成吸氨操作的主要设备如图8|4所示，精制以后的二次饱和盐水经冷却至3540 后进入吸氨塔，盐水由塔上部淋下，与塔底上升的气氨进行逆流接触，以完成盐水吸氨过程此时放出大量热，会使盐水温度升高因此需将盐水从塔中抽出，送入冷却排管6进行冷却后再返回中段吸氨塔同理吸氨后氨盐水从塔中部抽出，经过冷却排管7降温后，返回下段吸氨塔由下段吸氨塔出来的氨盐水经循环段贮桶8、循环泵9、冷却排管10进入循环冷却吸收，以提高吸收率任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,（二）盐水吸氨的工艺流程及工艺指标控制 1工艺流程,图8-4 吸氨流程,1净氨塔； 2吸氨塔； 3中段吸氨塔； 4下段吸氨塔； 5、6、7、10、12冷却排管； 8循环段贮桶； 9循环泵； 11澄清桶； 13氨盐水贮桶； 14氨盐水泵； 15真空泵,任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,（二）盐水吸氨的工艺流程及工艺指标控制 2工艺条件的选择 （1）盐水吸氨浓度 经冷却至3540 的精制盐水，及已冷却至50 的由蒸氨塔出来的含氨气体，两者一起导入吸氨塔进行吸氨操作。
由于吸氨是放热过程，所以盐水吸氨必须采用边吸收边冷却的工艺流程显然，氨盐水浓度不能太高，否则会降低吸氨效率低温不仅对吸氨有利，而且可以减少其中的水蒸气含量，以避免盐水过于稀释但温度过低会生成(NH4)2CO3H2O、NH4HCO3、NH4COONH2而结晶出来，将设备和管道堵塞一般来讲，吸氨塔中部温度不得超过6065 任务二 饱和食盐水的精制及精盐水吸氨,（二）盐水吸氨的工艺流程及工艺指标控制 2工艺条件的选择 （2）吸氨塔内的压力 为了减少吸氨系统因装置不严密而泄漏气体，以及考虑保护操作环境，加快蒸氨塔内CO2和NH3的蒸出，提高蒸氨塔的生产能力，节约蒸汽用量等因素，吸氨操作一般在微负压下进行 （3）氨/氯化钠比的选择 按碳酸化反应过程要求，理论NH3/NaCl为1（摩尔比）若NH3/NaCl1，则会有多余的NH4HCO3和NaHCO3共同析出，降低了氨的利用率；若NH3/NaCl1，则又会降低钠的利用率，增加食盐的消耗生产中一般取NH3/NaCl为1.081.12，即NH3稍过量，以补偿碳酸化过程中氨的损失任务三 氨盐水的碳酸化,氨盐水的碳酸化是氨碱法制纯碱的一个重要工序它同时伴有吸收、结晶和传热等单元操作，各单元操作相互关系密切且互为影响。
碳酸化总反应式如下： NaCl+NH3+CO2+H2O = NaHCO3+NH4Cl 显然碳酸化的目的是为了获得符合质量要求的碳酸氢钠结晶此工艺过程首先要求碳酸氢钠的产率要高，即氯化钠和氨的利用率要高其次要求碳酸氢钠的结晶质量要好，结晶颗粒尽量大，以利于过滤分离；而降低碳酸氢钠粗成品的含水量，又有利于重碱的煅烧任务三 氨盐水的碳酸化,氨盐水碳酸化生成NaHCO3是一个较为复杂的过程探讨氨盐水碳酸化过程的反应机理，对于设计碳酸化设备，选择生产工艺条件，制定操作规程，提高NaHCO3质量都是至关重要的 诸多研究学者认为碳酸化过程的反应机理可分为下列三步进行： （1）氨基甲酸铵的生成 实验表明，当CO2通入浓氨盐水时，最初总是形成氨基甲酸铵，反应如下： 2NH3+CO2 NH+4+NH2COO- 式中这种三分子反应的可能性是很小的，所以又提出下面两个中间反应历程： NH3+CO2 H++NH2COO- NH3+H+ NH+4,任务三 氨盐水的碳酸化,（2）氨基甲酸铵的水解 生成的氨基甲酸铵进一步水解时，其反应如下： NH2COO-+H2O HCO-3+NH3 （3）复分解析出NaHCO3结晶 这是碳酸化的最终目的，当碳酸化度达到一定值时，溶液中的HCO-3浓度积累到相当高以后，HCO-3与Na+的浓度积超过了该温度下NaHCO3的溶度积，则产生沉淀，从而完成复分解反应： Na++HCO-3 NaHCO3 NaHCO3析出以后，将影响一系列离子反应的平衡，其中最重要的是使氨基甲酸铵的水解反应向右移动，这样会使得溶液中的游离氨增加，从而又会对吸收过程产生显著影响。
任务三 氨盐水的碳酸化,1化学反应的影响 氨盐水吸收二氧化碳的反应机理已如前述前面所指出的溶液中的游离态CO2与NH3相互作用所生成氨基甲酸铵的反应是最快的；由于氨盐水吸收二氧化碳的反应是伴有化学反应的吸收过程，因此，这与一般的物理吸收过程大不相同研究表明，此吸收过程是属于液膜控制的二氧化碳的吸收过程 氨基甲酸铵的水解反应，其结果是导致了游离氨的积累，在碳酸化中期出现了反应能力暂时增强，吸收动力曲线一度出现吸收速度加快的“反常”现象任务三 氨盐水的碳酸化,1化学反应的影响,图8-6 CO2吸收速度同碳酸化度Rs的关系,任务三 氨盐水的碳酸化,2压力的影响 在不同二氧化碳分压下，吸收速度与碳酸化度的关系如图8|5所示图中曲线表明：在原始液浓度、温度及碳酸化度相同的条件下，CO2分压越大，则吸收速度越快 3温度的影响 氨盐水吸收二氧化碳的过程受氨基甲酸铵的形成与其水解反应所控制，当氨盐水浓度和碳酸化度一定且温度升高时，吸收速度有可能增加也有可能减少研究指出，当碳酸化度Rs0.50.6，温度高时吸收速度较快；当碳酸化度Rs0.50.6，温度高时吸收速度则较慢任务三 氨盐水的碳酸化,（一）氨盐水碳酸化流程,图8-6 氨盐水碳酸化工艺流程,1氨化卤泵； 2清洗气压缩机； 3中段气压缩机； 4下段气压缩机； 5分离器； 6a，6b碳酸化塔； 7中段气冷却塔； 8下段气冷却塔； 9气升输卤器； 10尾气分离器； 11倒塔桶,任务三 氨盐水的碳酸化,（二）碳酸化塔 碳酸化塔是氨碱法制碱的主要设备之一。
它是由许多铸铁塔圈组装而成，分为上、下两部分一般塔高为2425 m，塔径为23 m塔上部是二氧化碳的吸收段，每圈之间装有笠形泡帽以及略为向下倾斜的中央开孔的漏液板、孔板和笠帽边缘有分散气体的齿缝以增加气液接触面积，促进吸收塔的中下部是冷却段，用来冷却碳酸化液以析出碳酸氢钠结晶；这区间内除了有笠帽和塔板外，还设有列管式冷却水箱，用来冷却碳酸化液以促进结晶的析出冷却水在水箱管中的。