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1、纯碱和烧碱纯碱和烧碱本章内容目录本章内容目录纯碱和烧碱纯碱和烧碱第一部分第一部分 纯碱纯碱1 1 纯碱的性质纯碱的性质2 2 纯碱的用途纯碱的用途3 3 生产方法生产方法4 4 氨碱法制纯碱氨碱法制纯碱5 5 联碱法制纯碱联碱法制纯碱 6 6 氨碱法和联合氨碱法和联合 法的法的比较比较 第二部分第二部分 烧碱烧碱1 1 烧碱的性质烧碱的性质2 2 烧碱的用途烧碱的用途3 3 生产方法生产方法4 4 生产原理生产原理5 5离子交换膜离子交换膜法制法制 纯纯碱碱 国内纯碱生产国内纯碱生产概况概况纯碱，又叫碳酸钠，俗称纯碱，又叫碳酸钠，俗称“苏打苏打”相对分子量（或原子量）相对分子量（或原子量） 1
2、05.99105.991 1、密、密 度度 2.532kg2.532kg/dm/dm3 32 2、熔熔 点点 8518513 3、性、性 状状 白色粉末或细粒白色粉末或细粒4 4、溶解情况、溶解情况 易溶于水，水溶液呈碱性。不溶于易溶于水，水溶液呈碱性。不溶于乙醇、乙醚。乙醇、乙醚。5 5、其、其 他他 吸湿性强，能因吸湿而结成硬快。吸湿性强，能因吸湿而结成硬快。1 纯碱的性质纯碱的性质第一节第一节 纯碱纯碱2 纯碱的用途纯碱的用途 纯碱是一种大吨位化工原料，用途极其广泛 制造玻璃制造玻璃 制肥皂制肥皂 硬水变软水硬水变软水 石油和油类的碱精制石油和油类的碱精制 冶炼工业上的应用冶炼工业上的应
3、用 化学工业上的应用化学工业上的应用 洗涤、印染、漂白及其他洗涤、印染、漂白及其他3 生产方法生产方法1 1、氨碱法氨碱法生产纯碱生产纯碱2、联碱联碱碱法碱法生产纯碱（侯氏法）生产纯碱（侯氏法）3、路布兰法、路布兰法 芒硝制碱法芒硝制碱法4、天然碱加工提纯制纯碱、天然碱加工提纯制纯碱（图）（图）（图）（图）（图）（图）4 氨碱法氨碱法一、化学原理：石灰石煅烧 CaCaCO3 = CaCaO + CO2 CaCaO +H2O = CaCa(OH) 2碳酸化 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 煅烧和氨的回收煅烧和氨的回收2NaHCO3=Na
4、CO3+CO2+H2O CaCa(OH)2 +NH4Cl = CaCaCl2 +H2O二、氨碱法的生产过程：二、氨碱法的生产过程： （1 1）COCO2 2 气和石灰乳的制备。煅烧石灰石制气和石灰乳的制备。煅烧石灰石制得石灰和二氧化碳，石灰消化而得石灰乳。得石灰和二氧化碳，石灰消化而得石灰乳。 （2 2）盐水的制备、精制及氨化，制得氨盐水。）盐水的制备、精制及氨化，制得氨盐水。 （3 3）氨盐水的碳酸化制重碱。来自石灰石煅）氨盐水的碳酸化制重碱。来自石灰石煅烧及重碱煅烧的烧及重碱煅烧的COCO2 2，经压缩、冷却送至碳化塔。经压缩、冷却送至碳化塔。 （4 4）重碱的过滤及洗涤（即碳化所得晶浆的
5、）重碱的过滤及洗涤（即碳化所得晶浆的液固分离）。液固分离）。 （5 5）重碱煅烧制得纯碱成品及）重碱煅烧制得纯碱成品及COCO2 2。 （6 6）母液中氨的蒸馏回收。母液中氨的蒸馏回收。三、流程示意三、流程示意图图 四、主要设备四、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） 4 联合制碱法 以食盐、氨及合成氨工业副产的二氧化以食盐、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
6、称联合法生产纯碱及氯化铵，简称“联碱法联碱法” 联碱法前一部分与氨碱法一样，最后把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，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。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5 氨碱法和联碱法的比较氨碱法和联碱法的比较1 1。氨碱法的优点：。氨碱法的优点：原料易于取得且价廉，生产过程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，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。易
7、于机械化，自动化；可得到较高质量的纯碱产品。2 2。氨碱法缺点：。氨碱法缺点：是原料利用率低，造成大量废液废是原料利用率低，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，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而造成流程长，设备庞大和能量上的 浪费。浪费。3 3。联合制碱法与氨碱法比较有下列优点：。联合制碱法与氨碱法比较有下列优点：原料利用原料利用率高；不需石灰
8、石及焦碳，降低了很多成本；纯碱部率高；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，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。可在内地建厂。第二节第二节 烧碱烧碱1 烧碱的性质烧碱的性质国内烧碱生产国内烧碱生产概况概况烧碱，又叫烧碱，又叫氢氧化钠；火碱；苛性钠氢氧化钠；火碱；苛性钠 NaOHNaOH相对分子量（或原子量）相对分子量（或原子量） 40.0140.011 1、密度、密度 2.130 kg /dm2.130 kg /dm3 32 2
9、、熔点熔点 318.4 318.4 3 3、沸点、沸点 1390 1390 4 4、性状、性状无色透明晶体无色透明晶体5 5、溶解情况易溶于水，同时强烈放热。溶于乙醇和甘油、溶解情况易溶于水，同时强烈放热。溶于乙醇和甘油6 6、其他、其他 固碱吸湿性很强，露置在空气中，最后会完全溶解固碱吸湿性很强，露置在空气中，最后会完全溶解成溶液。成溶液。2 烧碱的用途烧碱的用途 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。
10、美国及日本的烧碱用途美国及日本的烧碱用途美国美国日本日本化学药品化学药品 4045%4045%纸及纸浆纸及纸浆 1214%1214%氧化铝氧化铝 58%58%纤维加工纤维加工 36%36%粘胶纤维、人造粘胶纤维、人造丝、玻璃纸丝、玻璃纸 45%45%肥皂、洗涤剂肥皂、洗涤剂 34%34%石油工业石油工业 35%35%出口出口 810%810%其他其他 1015%1015%化学工业化学工业 57%57%纸及纸浆纸及纸浆 10%10%炼铝炼铝 6%6%化学纤维化学纤维 7%7%玻璃纸玻璃纸 2%2%纺织印染纺织印染 1%1%调味品调味品 2%2%石油精制石油精制 1%1%出口出口 6%6%其他其他
11、 8%8%3 生产方法1 1、1919世纪末，世界上一直是用苛化法生产烧世纪末，世界上一直是用苛化法生产烧碱。碱。2 2、从、从18901890年开始采用电解法制烧碱，隔膜法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。和水银法差不多同时发明。3 3、2020世纪世纪5050年代电解制碱技术进一步发展，年代电解制碱技术进一步发展，出现了离子交换膜法。出现了离子交换膜法。19661966年美国杜邦公司开年美国杜邦公司开发了化学稳定性较好的离子交换膜，发了化学稳定性较好的离子交换膜，19751975年日年日本旭化成公司开始工业化生产。目前，全世界本旭化成公司开始工业化生产。目前，全世界已有
12、已有9090多家氯碱厂应用离子膜的工艺技术，日多家氯碱厂应用离子膜的工艺技术，日产量已达万吨以上。产量已达万吨以上。（图（图1） （图（图2）（图）（图）4 电解食盐水生产烧碱和电解食盐水生产烧碱和 水银法的原理水银法的原理电解食盐水生产烧碱的原理电解食盐水生产烧碱的原理 NaClNaCl = Na = NaClCl H H2 2O=HO=HOHOH 通入直流电后，离子们被迫按一定的方通入直流电后，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，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
13、分子。这些分子，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。子如属气体，则从电解槽中逸出。水银法原理水银法原理2NaCl2NaCl2Hg=Cl2Hg=Cl2 22Na(Hg) 2Na(Hg) 2Na(Hg)2Na(Hg)2H2H2 2O=2NaOHO=2NaOHH H2 22Hg2Hg （图）（图） 电解槽电解槽 完成电解过程的主要设备是电完成电解过程的主要设备是电解槽。解槽。 总的来说分为两类：一类总的来说分为两类：一类是用处理过的石墨做阳极，铁是用处理过的石墨做阳极，铁丝网做阴极，阴极和盐水之间丝网做阴极，阴极和盐水之间用石棉等多孔物质作为隔膜分用石棉等多孔物质作为隔膜
14、分开，这种装置叫隔膜电解槽；开，这种装置叫隔膜电解槽；另一类也用石墨做阳极，用分另一类也用石墨做阳极，用分布在槽底的水银做阴极，叫水布在槽底的水银做阴极，叫水银电解槽或汞电解槽。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极电解槽，如美国和意大利共同研究的格拉诺尔型电解槽。解槽。格拉诺尔型电解槽 最常用的水银电解槽是水平式的，一层水银平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
15、齐中的钠含量不超过允许卧在槽底上。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。倾斜，输送时并须用特制的水银泵。水平式水银电解槽水平式水银电解槽5 5 离子交换膜法离子交换膜法 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大等优点。此外，它还彻底根治了应电流昼夜变化波动大等优点。此外，它还彻底根治了石棉、水银对环境的污染。因此，被公认
16、为是氯碱工业石棉、水银对环境的污染。因此，被公认为是氯碱工业的发展方向。的发展方向。一、原理一、原理 电解槽的阴极室和阳极室用阳离子交换膜隔开，精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。通电时制盐水进入阳极室，纯水加入阴极室。通电时H H2 2O O 在在阴阴极表面放电生成氢气，极表面放电生成氢气，NaNa 离子通过离子膜由阳极室离子通过离子膜由阳极室迁移到阴极室与迁移到阴极室与OHOH 结合成结合成NaOHNaOH；ClCl 离子则在阳极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。阳
17、极室。如图如图二、离子交换膜的性能二、离子交换膜的性能高化学稳定性高化学稳定性优良的电化学性能优良的电化学性能稳定的操作性能稳定的操作性能较高的机械强度较高的机械强度使用方便性使用方便性三、离子交换膜的种类三、离子交换膜的种类全氟羧酸膜全氟羧酸膜（RfCOOH）全氟磺酸膜全氟磺酸膜（RfSO3H ）全氟磺酸全氟磺酸/ /羧酸复合膜羧酸复合膜（ RfSO3H / RfCOOH）离子交换膜示意图离子交换膜示意图四、四、离子膜电解槽离子膜电解槽 离子膜电解槽与离子膜电解槽与单级式单级式和和复级式复级式两种型式。两种型式。不管哪种槽型，每台电解槽都是由若干个电解单不管哪种槽型，每台电解槽都是由若干个电
18、解单元组成。每个电解单元都有阳极、阴极和离子交元组成。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；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。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：复极槽和单极槽之间的主要区别：在于电槽在于电槽的电路连线方法不同。单极槽内部的各个单元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。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
19、内各个单元槽之间是串联，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。而电解槽之间是并联。（图）（图）五、离子膜电解制碱五、离子膜电解制碱工艺流程图工艺流程图盐水的二次精制盐水的二次精制精制盐水的电解精制盐水的电解工艺工艺淡盐水的脱氯淡盐水的脱氯六、影响电解槽技术经济指标的因素六、影响电解槽技术经济指标的因素盐水质量盐水质量阴极液中阴极液中NaOHNaOH的的浓度浓度阳极液中阳极液中NaClNaCl的浓度的浓度阳极液的阳极液的pHpH值值温度温度停止供水或供盐水的影响停止供水或供盐水的影响 （图）（图）（图）纯碱和烧碱纯碱和烧碱本章内本章内容全部容全部完毕完毕路布兰法生产纯碱流
20、程图路布兰法生产纯碱流程图天然碱加工提纯制纯碱流程天然碱加工提纯制纯碱流程水蒸气还原芒硝制纯碱流程水蒸气还原芒硝制纯碱流程氨碱法示意流程氨碱法示意流程纯碱纯碱氯化氨联合生产流程图氯化氨联合生产流程图( (侯氏法侯氏法) )联合制碱示意图联合制碱示意图联碱生产总流程图隔膜法制烧碱工艺流程示意图隔膜法制烧碱工艺流程示意图1 1、盐水高位槽；、盐水高位槽；2 2、盐水氢气热交换器；、盐水氢气热交换器；3 3、洗氢桶；、洗氢桶；4 4、盐水预、盐水预热器；热器；5 5、气液分离器；、气液分离器；6 6、罗茨鼓风机；、罗茨鼓风机；7 7、电解槽；、电解槽；8 8、电解液、电解液贮槽；贮槽；9 9、碱泵、
21、碱泵离子膜电解制碱原理Na+ 单极型电解槽复极型电解槽复极型电解槽盐水过滤工艺流程图盐水过滤工艺流程图1 1、澄清盐水槽；、澄清盐水槽；2 2、澄清盐水泵；、澄清盐水泵；3 3、助剂给料泵；、助剂给料泵；4 4、助剂结料泵；、助剂结料泵；5 5、炭素过滤器；、炭素过滤器；6 6、预涂泵；、预涂泵；7 7、预涂槽；、预涂槽；8 8、过滤盐水槽；、过滤盐水槽；9 9、过、过滤盐水泵滤盐水泵淡盐水脱氯工艺流程图淡盐水脱氯工艺流程图1 1、脱氯塔；、脱氯塔；2 2、回收氯冷却器；、回收氯冷却器；3 3，5 5、气液分离器；、气液分离器；4 4、真空泵；、真空泵；6 6、氯水泵；氯水泵；7 7、氯水冷却
22、器；、氯水冷却器；8 8、脱氯淡盐水槽；、脱氯淡盐水槽；9 9、脱氯淡盐水泵、脱氯淡盐水泵离子膜电解工艺流程图离子膜电解工艺流程图1 1、淡盐水泵；、淡盐水泵；2 2、淡盐水贮槽；、淡盐水贮槽；3 3、分解槽；、分解槽；4 4、氯气洗涤塔；、氯气洗涤塔；5 5、水雾分离器；水雾分离器；6 6、氯气鼓风机；、氯气鼓风机；7 7、碱冷却器；、碱冷却器；8 8、碱泵；、碱泵；9 9、碱液受、碱液受槽；槽；1010、离子膜电解槽；、离子膜电解槽；1111、盐水预热器；、盐水预热器；1212、碱泵；、碱泵；1313、碱液贮、碱液贮槽槽纯碱石灰苛化法制烧碱流程图（一）纯碱石灰苛化法制烧碱流程图（一）纯碱石
23、灰苛化法制烧碱流程图（二）纯碱石灰苛化法制烧碱流程图（二）离子在电解槽中离子在电解槽中的游动情况的游动情况电解食盐溶液的示电解食盐溶液的示意图意图国内纯碱概况n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。 n2002年国内纯碱的总生产能力达到1030万吨/年,产量为1018.9万吨n2003年，我国纯碱产量达到1101万吨，首次超过美国居世界第一位。 n2004年国内纯碱总产量1267万吨 n2005年将达到1350万1370万吨 国内烧碱概况n2003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。n2004年总产量达1060.3万 tn离子膜法烧碱离子膜法烧碱 “使用超前，研发滞后使用超前，研发滞后” 1.离子交换膜全部依靠进口 ,800美元/m2 ;2.装置连续运行时间短，离子交换膜使用寿命不够长 3.能耗高于国外先进水平 4.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
