第三部分-纯碱工艺课件

典型化工工艺学典型化工工艺学第一部分：合成氨工艺第一部分：合成氨工艺第二部分：硫酸工艺第二部分：硫酸工艺第三部分：纯碱与烧碱工艺第三部分：纯碱与烧碱工艺典型化工工艺学第一部分：合成氨工艺纯纯 碱碱 工工 艺艺纯 碱 工 艺侯德榜介绍：侯德榜介绍：在中国化学工业史上，有一位杰出的科学家，他为祖国的化学工业事业奋斗终生，并以独创的制碱工艺闻名于世界，他就像一块坚硬的基石，托起了中国现代化学工业的大厦，这位先驱者就是被称为“国宝”的侯德榜。侯德榜制碱背景：侯德榜制碱背景：1937年，抗日战争爆发，由于当时内地盐价昂贵，用传统的索尔维法制碱成本太高，无法维持生产，为寻找适应内地条件的制碱工艺，永利公司准备向德国购买新的工艺，但德国与日本暗中勾结，除了向侯德榜一行高价勒索外，还提出了种种对中国人来说是丧权辱国的条件，为了维护民族尊严，侯德榜与永利的工程技术人员一起，认真剖析了流程，终于确定了具有自己独立特点的新的制碱工艺，1941年，这种新工艺被命名为“候氏制碱法”。侯德榜介绍：纯碱的性质和用途纯碱的性质和用途Na2CO3，纯碱，苏打，碱灰。易溶于水，在纯碱，苏打，碱灰。易溶于水，在35.4有最大溶解度，温度高于有最大溶解度，温度高于35.4时溶解度下时溶解度下降。工业纯度为降。工业纯度为99%（以（以Na2O）。与水生成）。与水生成1（35.4及以上，碳氧），及以上，碳氧），7（3235.4，温度，温度较窄无工业价值），较窄无工业价值），10（32-2.1，晶碱或者洗，晶碱或者洗涤碱，易风化生成涤碱，易风化生成1水碳酸钠）三种水合物。水碳酸钠）三种水合物。纯碱的性质和用途分类分类：超轻质，轻质，重质纯碱。超轻质，轻质，重质纯碱。化学性质：化学性质：强碱性，高温分解，易生成氧化强碱性，高温分解，易生成氧化钠。钠。用途：用途：纯碱是重要的化工原料。纯碱是重要的化工原料。其年产量在其年产量在一定程度上反映一个国家化学工业的发展水一定程度上反映一个国家化学工业的发展水平。自平。自2003年起，我国纯碱工业在世界上稳年起，我国纯碱工业在世界上稳居第一居第一 分类：超轻质，轻质，重质纯碱。纯纯碱碱发发现现史史 古代古代，人们从草木灰中提取碳酸钾，后来，人们从草木灰中提取碳酸钾，后来又从盐碱地和盐湖等天然资源中获取碳酸钠，又从盐碱地和盐湖等天然资源中获取碳酸钠，但量太小。但量太小。纯碱发现史 古代，人们从草木灰中提取碳酸钾，后来又从盐NaCl Na2SO4+H2SO4浓浓+C+CaCO3原料原料:NaCl、H2SO4浓、浓、C、CaCO3缺点:此法因难于连续生产，又需浓硫酸作原料，设备腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵，所以在投产不久后不敌索尔维法的竞争，而被淘汰。虽然如此他的制碱法在历史上曾盛行一时，是化学工业发展史的一个里程碑。路布兰法制碱路布兰法制碱Na2SO4 Na2SNa2S Na2CO31787年法国医生年法国医生N.Lebelanc研发，研发，1791年发明年发明+H2SO4浓+C+CaCO3原料:NaCl、H2SO4路布兰法路布兰法化学反应：化学反应：2NaCl+H2SO4=Na2SO4+2HCl NaSO4+2C=Na2S+2CO2 Na2S+CaCO3=Na2CO3+CaS缺点：缺点：原料利用低，质量差，成本高，间歇原料利用低，质量差，成本高，间歇生产。生产。路布兰法 1861年年，比利时人索尔维以，比利时人索尔维以食盐、氨、二氧食盐、氨、二氧化碳化碳原料发明的制碱法，即索尔维制碱法。该法原料发明的制碱法，即索尔维制碱法。该法实现了连续化生产，食盐利用率得到提高，使纯实现了连续化生产，食盐利用率得到提高，使纯碱价格大大降低，并且产品质量纯净，故被称纯碱价格大大降低，并且产品质量纯净，故被称纯碱。碱。氨碱法制碱氨碱法制碱 1861年，比利时人索尔维以食盐、氨、二氧（二）氨碱法：（二）氨碱法：苏尔维，比利时人，苏尔维，比利时人，原料：原料：食盐，石灰石，焦炭，氨。食盐，石灰石，焦炭，氨。优点：优点：原料来源方便，质量好，成原料来源方便，质量好，成本低，连续生产。到上世纪本低，连续生产。到上世纪30年代年代取代路布兰制碱法、成为生产纯碱取代路布兰制碱法、成为生产纯碱的主要方法。的主要方法。缺点：但是该法食盐利用率低，只能达到缺点：但是该法食盐利用率低，只能达到7575，氯离子完全，氯离子完全没有得到利用；没有得到利用；生产生产1t1t纯碱约有纯碱约有10m310m3废液排出，污染环境，废液排出，污染环境，不宜在内陆建厂不宜在内陆建厂（二）氨碱法：苏尔维，比利时人，缺点：但是该法食盐利用率低，1921年年10月侯德榜在美国获得博士学位，为月侯德榜在美国获得博士学位，为了创建中国的制碱工业，受爱国实业家范旭东聘了创建中国的制碱工业，受爱国实业家范旭东聘请，毅然从请，毅然从美国美国美国美国启程回国，决心自己开发制碱新启程回国，决心自己开发制碱新工艺，经过工艺，经过600多次研究实验，分析了多次研究实验，分析了2000多个多个样品，历时样品，历时5年，于年，于1942年发明了氨碱法与合成氨年发明了氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺，被命名为联合生产的改进工艺，被命名为“联合制碱法联合制碱法”也叫也叫“侯氏制碱法侯氏制碱法”，开创了世界制碱工业的新，开创了世界制碱工业的新纪元。纪元。联合制碱法联合制碱法 1921年10月侯德榜在美国获得博士学位第一章第一章 氨碱法制纯碱氨碱法制纯碱 第一章 氨碱法制纯碱 生产过程：生产过程：石灰石煅烧；石灰石煅烧；盐水制备；盐水制备；氨盐水制备及碳酸化；氨盐水制备及碳酸化；重碱的分离及煅烧；重碱的分离及煅烧；氨回收。氨回收。生产过程：第一节第一节 石灰石煅烧及石灰乳制备石灰石煅烧及石灰乳制备一、石灰石煅烧的基本原理一、石灰石煅烧的基本原理作用作用：产物二氧化碳用于氨盐水碳化；产物二氧化碳用于氨盐水碳化；生石灰消化后回收氨。生石灰消化后回收氨。（一）反应的化学平衡与理论分解温度的确定（一）反应的化学平衡与理论分解温度的确定1.煅烧反应煅烧反应 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(l)温度和平衡压力一个确定，另一个随之而定。温度和平衡压力一个确定，另一个随之而定。第一节 石灰石煅烧及石灰乳制备一、石灰石煅烧的基本原理2.理论分解温度理论分解温度CO2分压为分压为0.1MPa时的最低分解温度；时的最低分解温度；理论上为理论上为1180。（二）窑气中（二）窑气中CO2浓度的计算浓度的计算 CO2的来源的来源：碳酸钙和少量碳酸镁分解碳酸钙和少量碳酸镁分解 煤炭燃烧。煤炭燃烧。配焦率配焦率F:100kg石灰石所配燃料煤质量，百分数。石灰石所配燃料煤质量，百分数。2.理论分解温度二、石灰窑的工艺控制指标及操作控制要点二、石灰窑的工艺控制指标及操作控制要点石灰窑的形式很多，目前采用最多的是连续操作的竖窑。石灰窑的形式很多，目前采用最多的是连续操作的竖窑。石灰窑石灰窑(竖窑竖窑)的结构如图的结构如图。石灰石和固体燃料由窑顶石灰石和固体燃料由窑顶装入，在窑内自上而下运动，装入，在窑内自上而下运动，经过预热、锻烧和冷却三个区。经过预热、锻烧和冷却三个区。二、石灰窑的工艺控制指标及操作控制要点石灰窑的形式很多，目三、石灰乳制备的原理及工艺条件优化三、石灰乳制备的原理及工艺条件优化（一）石灰乳制备的原理（一）石灰乳制备的原理1.消化反应消化反应 CaO(s)+H2O=Ca(OH)2(s)放热，体积膨胀的反应。放热，体积膨胀的反应。2.四种产品四种产品（根据加入水的量）（根据加入水的量）消石灰，细粉末；消石灰，细粉末；石灰膏，稠厚；石灰膏，稠厚；石灰乳，悬浮液，石灰乳，悬浮液，氨回收需要氨回收需要；石灰水，溶液。石灰水，溶液。第三部分-纯碱工艺课件（二）工艺条件优化（二）工艺条件优化石灰乳较稠，对生产有利，但其粘度随稠厚程度升石灰乳较稠，对生产有利，但其粘度随稠厚程度升高而增加。太稠则沉降和阻塞管道及设备。高而增加。太稠则沉降和阻塞管道及设备。一般工业上制取和使用的石灰乳中含活性氧化钙约一般工业上制取和使用的石灰乳中含活性氧化钙约160220tt（滴度，（滴度，1tt=0.05mol/L），相对密度约），相对密度约为为1.171.27。（二）工艺条件优化四、石灰乳制备工艺流程的组织及运行四、石灰乳制备工艺流程的组织及运行 石灰消化系统的工艺流程见图。石灰消化系统的工艺流程见图。四、石灰乳制备工艺流程的组织及运行 石第二节第二节 饱和盐水的制备与精制饱和盐水的制备与精制 一、饱和盐水的制备一、饱和盐水的制备氨碱法用的饱和盐水可以来自海盐、池盐、岩盐、氨碱法用的饱和盐水可以来自海盐、池盐、岩盐、井盐水和盐湖水等。井盐水和盐湖水等。NaCl在水中的溶解度的变化不大，在室温下为在水中的溶解度的变化不大，在室温下为315kg/m3。工业上的饱和盐水因含有钙镁等杂质而。工业上的饱和盐水因含有钙镁等杂质而只含只含NaCl 300kg/m3左右。左右。化盐用水来自碱厂各处的含氨、二氧化碳或食盐的化盐用水来自碱厂各处的含氨、二氧化碳或食盐的洗涤水。洗涤水。第二节 饱和盐水的制备与精制 一、饱和盐水的制备二、盐水精制的原理及工艺条件优化二、盐水精制的原理及工艺条件优化 盐水杂质：盐水杂质：粗盐水含钙镁离子，杂质形成沉淀或复盐。粗盐水含钙镁离子，杂质形成沉淀或复盐。杂质危害：杂质危害：堵塞管道和设备；堵塞管道和设备；氨和食盐的损失；氨和食盐的损失；影响产品质量。影响产品质量。精制盐水的方法：精制盐水的方法：石灰石灰-碳酸铵法和石灰碳酸铵法和石灰-纯碱法。纯碱法。二、盐水精制的原理及工艺条件优化 盐水杂质：粗盐水含钙镁离1.1.石灰石灰-碳酸铵法碳酸铵法 用石灰除去盐中的镁用石灰除去盐中的镁(Mg2+)，反应如下：，反应如下：Mg2+Ca(OH)2(s)Mg(OH)2(s)+Ca2+将分离出沉淀的溶液送入除钙塔中，用碳化塔顶部尾气中的将分离出沉淀的溶液送入除钙塔中，用碳化塔顶部尾气中的NH3和和CO2再除去再除去Ca2+，其化学反应为：，其化学反应为：2NH3+CO2+H2O+Ca2+CaCO3(s)+2NH4+2.石灰石灰-纯碱法纯碱法 除镁的方法与石灰除镁的方法与石灰-碳酸铵法相同，除钙则采用纯碱法，其碳酸铵法相同，除钙则采用纯碱法，其反应如下：反应如下：Na2CO3+Ca2+CaCO3(s)+2Na+1.石灰-碳酸铵法 三、盐水精制工艺流程的组织及操作控制要点三、盐水精制工艺流程的组织及操作控制要点（一）石灰（一）石灰-氨氨-二氧化碳法二氧化碳法优点：优点：成本低廉，适用于海盐。成本低廉，适用于海盐。缺点：缺点：氨损失大，流程较复杂。氨损失大，流程较复杂。图石灰图石灰-碳酸铵法盐水精制流程碳酸铵法盐水精制流程1-化盐桶；化盐桶；2-反应罐；反应罐；3-一次澄清桶；一次澄清桶；4-除钙塔；除钙塔；5-二次澄清桶；二次澄清桶；6-洗泥桶；洗泥桶；7-一次盐泥罐；一次盐泥罐；8-二次盐泥罐；二次盐泥罐；9-废泥罐；废泥罐；10-石灰乳桶；石灰乳桶；11-加泥罐加泥罐三、盐水精制工艺流程的组织及操作控制要点（一）石灰-氨-二（二）石灰（二）石灰-纯碱法纯碱法优点：优点：流程简单，操作环境好，精制度高。流程简单，操作环境好，精制度高。缺点：缺点：成本较高成本较高。图石灰图石灰-纯碱法盐水精制流程纯碱法盐水精制流程1-化盐桶；化盐桶；2-反应罐；反应罐；3-澄清桶；澄清桶；4-精盐水贮槽；精盐水贮槽；5-洗泥桶；洗泥桶；6-废泥罐；废泥罐；7-澄清泥罐；澄清泥罐；8-灰乳贮槽；灰乳贮槽；9-纯碱贮槽纯碱贮槽（二）石灰-纯碱法优点：流程简单，操作环境好，精制度高。第三节第三节 精盐水的吸氨精盐水的吸氨 目的：目的：制备氨盐水，去除少量钙镁杂质。制备氨盐水，去除少量钙镁杂质。气氨：气氨：来自蒸氨塔。来自蒸氨塔。v一、精盐水吸氨的基本原理与工艺条件的优化一、精盐水吸氨的基本原理与工艺条件的优化 v（一）化学反应（一）化学反应v1.1.氨水生成反应氨水生成反应v NH3(g)+H2O(L)=NH4OH(aq)v2.(NH4)2CO3生成生成vNH3(g)+CO2(g)+H2O(L)=(NH4)2CO3(aq)v3.钙镁离子的沉淀反应钙镁离子的沉淀反应第三节 精盐水的吸氨 目的：制备氨盐水，去除少量钙镁杂质。一 二、吸氨工艺流程组织及运行二、吸氨工艺流程组织及运行 二、吸氨工艺流程组织及运行常用吸氨塔为多段铸铁单泡罩塔，氨从吸氨塔中部引入，常用吸氨塔为多段铸铁单泡罩塔，氨从吸氨塔中部引入，引入处反应剧烈，如不及时移走热量，可使系统温度升高引入处反应剧烈，如不及时移走热量，可使系统温度升高95C。所以部分吸氨液循环冷却后继续，上部各段都有溶。所以部分吸氨液循环冷却后继续，上部各段都有溶液冷却循环以保证塔内温度使塔中部温度为液冷却循环以保证塔内温度使塔中部温度为60C，底部为，底部为30C。澄清桶的目的是除去少量钙镁盐沉淀，达到杂质含量少于澄清桶的目的是除去少量钙镁盐沉淀，达到杂质含量少于0.1kg/m-3的标准。的标准。操作压力略低于大气压，减少氨损失和循环氨引入。操作压力略低于大气压，减少氨损失和循环氨引入。常用吸氨塔为多段铸铁单泡罩塔，氨从吸氨塔中部引入，引入处反应三三 碳酸化过程的原理及工艺条件优化碳酸化过程的原理及工艺条件优化NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl工艺要求：工艺要求：碳酸氢钠的产率高；碳酸氢钠的产率高；碳酸氢钠的结晶质量好；碳酸氢钠的结晶质量好；产品中含水量低。产品中含水量低。(一）碳酸化的基本原理一）碳酸化的基本原理1.反应机理反应机理复杂反应体系，分三步进行复杂反应体系，分三步进行三 碳酸化过程的原理及工艺条件优化NaCl+NH3+CO2(1)氨基甲酸铵的生成氨基甲酸铵的生成2NH3+CO2=NH2COO+NH4+(2)氨基甲酸铵的水解氨基甲酸铵的水解NH2COO+H2O=HCO3+NH3(3)NaHCO3结晶生成结晶生成HCO3+Na+=NaHCO3(1)氨基甲酸铵的生成(二二)氨盐水碳化过程相图分析氨盐水碳化过程相图分析 吸收二氧化碳并使之饱和的氨盐水溶液及其形成吸收二氧化碳并使之饱和的氨盐水溶液及其形成NaHCO3沉淀的过程所组成的系统是一个复杂的多相变化系统。沉淀的过程所组成的系统是一个复杂的多相变化系统。该系统由该系统由NH4Cl、NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、(NH4)2CO3等盐的溶液及结晶所组成。等盐的溶液及结晶所组成。这一系统在碳化塔底部固液接近相平衡，因此可以采用固这一系统在碳化塔底部固液接近相平衡，因此可以采用固液体系相图的分析来判断原料的利用率。液体系相图的分析来判断原料的利用率。(二)氨盐水碳化过程相图分析 吸收二氧化碳并使之饱和的氨盐图图10-10 Na+NH4+Cl-HCO3-H2O体系体系等温相图等温相图 图图10-11钠、氨利用率图解分析钠、氨利用率图解分析 图10-10 Na+NH4+Cl-HCO3-H2O体（三）氨盐水碳化的工艺条件（三）氨盐水碳化的工艺条件 1.碳化度碳化度 生产中用碳化度生产中用碳化度R表示氨盐水吸收表示氨盐水吸收CO2的程度，其表达式为的程度，其表达式为 v在适当的氨盐水组成条件下，在适当的氨盐水组成条件下，R值越大，则值越大，则NH3转变成转变成NH4HCO3越越完全，完全，NaCl的利用率的利用率U(Na)越高。越高。v生产上尽量提高生产上尽量提高R值以达到提高值以达到提高U(Na)的目的，但受多种因素和条件的目的，但受多种因素和条件的限制，实际生产中的碳化度一般只能达到的限制，实际生产中的碳化度一般只能达到180%190%。（三）氨盐水碳化的工艺条件 1.碳化度 在适当的氨盐水组成 2.原始氨盐水溶液的理论适宜组成原始氨盐水溶液的理论适宜组成理论适宜组成即在一定温度和压力条件下，塔内达到固液平衡时，液相理论适宜组成即在一定温度和压力条件下，塔内达到固液平衡时，液相的组成点落在的组成点落在P1点时的原始溶液组成，此时钠的利用率最高。点时的原始溶液组成，此时钠的利用率最高。从图从图10-12可以看出，该原始溶液组成点应在可以看出，该原始溶液组成点应在P1和和B连线与连线与NaCl和和NH4HCO3原始溶液组成线原始溶液组成线AC的交叉点上，即的交叉点上，即T点。点。图图10-12原始溶液适宜组成图原始溶液适宜组成图 实际生产中，原始氨盐水的组成不可能达到最适宜的浓度，即实际生产中，原始氨盐水的组成不可能达到最适宜的浓度，即T点。点。2.原始氨盐水溶液的理论适宜组成图10-12原始溶液适宜组（四）影响NaHCO3结晶的因素NaHCO3在碳化塔中生成并结晶成重碱。结晶的颗粒愈大，在碳化塔中生成并结晶成重碱。结晶的颗粒愈大，则有利于过滤、洗涤，所得产品含水量低，收率高，煅烧成则有利于过滤、洗涤，所得产品含水量低，收率高，煅烧成品纯碱的质量高。因此，碳酸氢钠结晶在纯碱生产过程中对品纯碱的质量高。因此，碳酸氢钠结晶在纯碱生产过程中对产品的质量有决定性的意义。产品的质量有决定性的意义。1温度温度在开始时在开始时(即由塔的顶部往下即由塔的顶部往下)液相反应温度逐步升高，中部液相反应温度逐步升高，中部(约塔高的约塔高的2/3处处)温度达到最高；温度达到最高；再往下温度开始降低，但降温速度不易太快，以保持过饱和再往下温度开始降低，但降温速度不易太快，以保持过饱和度的稳定；度的稳定；在塔的下部至接连底部的一段塔高内，降温速度可以稍快一在塔的下部至接连底部的一段塔高内，降温速度可以稍快一些，因为此时反应速度已经很慢，其过饱度不大，降低温度些，因为此时反应速度已经很慢，其过饱度不大，降低温度可以提高产率。可以提高产率。从保证质量，提高产量的角度出发，塔内的温度分布应为上从保证质量，提高产量的角度出发，塔内的温度分布应为上中下依次为低高低为宜。中下依次为低高低为宜。（四）影响NaHCO3结晶的因素NaHCO3在碳化塔中生成 2添加晶种添加晶种 当碳化过程中溶液达到饱和甚至稍过饱和时，并无结晶当碳化过程中溶液达到饱和甚至稍过饱和时，并无结晶析出，但在此时若加入少量固体杂质，就可以使溶质以固析出，但在此时若加入少量固体杂质，就可以使溶质以固体杂质为核心，长大而析出晶体。体杂质为核心，长大而析出晶体。在在NaHCO3生产中，就是采用往饱和溶液内加晶种并使之生产中，就是采用往饱和溶液内加晶种并使之长大的办法来提高产量和质量的。长大的办法来提高产量和质量的。应用此方法时应注意两点：应用此方法时应注意两点：一是加晶种的部位和时间，晶一是加晶种的部位和时间，晶种应加在饱和或过饱和溶液中。二是加入晶种的量要适当。种应加在饱和或过饱和溶液中。二是加入晶种的量要适当。2添加晶种 四、氨盐水碳酸化工艺流程的组织及碳化塔的操作控四、氨盐水碳酸化工艺流程的组织及碳化塔的操作控制要点制要点（一）碳酸化工艺流程的组织（一）碳酸化工艺流程的组织碳酸化的典型工艺流程见图碳酸化的典型工艺流程见图10-13。氨化卤泵；氨化卤泵；2-2-清洗气压缩机；清洗气压缩机；3-3-中段气压缩机；中段气压缩机；4-4-下段气压缩机；下段气压缩机；5-5-分离器；分离器；6a6a，6b-6b-碳酸化塔碳酸化塔7-7-中段气冷却塔；中段气冷却塔；8-8-下段气冷却塔；下段气冷却塔；9-9-气升输卤器；气升输卤器；10-10-尾气分离器；尾气分离器；11-11-碱液槽碱液槽四、氨盐水碳酸化工艺流程的组织及碳化塔的操作控制要点（一）碳(二二)碳化塔的操作控制条件碳化塔的操作控制条件1碳化塔的结构碳化塔的结构 气体进塔可分为一段和二段。气体进塔可分为一段和二段。一段进气是将窑气和炉气混合后进一段进气是将窑气和炉气混合后进塔。其塔。其CO2浓度一般在浓度一般在60%左右。左右。为了适应生产过程和反应历程的需为了适应生产过程和反应历程的需要，后来改为两段进气，即从塔底要，后来改为两段进气，即从塔底送入浓度送入浓度90%以上的以上的CO2锅气，从锅气，从塔的冷却段中部送入浓度塔的冷却段中部送入浓度40%左右左右CO2的窑气。的窑气。(二)碳化塔的操作控制条件 2碳化塔的操作控制要点碳化塔的操作控制要点 （1）碳化塔液面高度应控制在距塔顶）碳化塔液面高度应控制在距塔顶0.81.5m处。液面过高，尾气带处。液面过高，尾气带液严重并导致出气管堵塞；液面过低，则尾气带出的液严重并导致出气管堵塞；液面过低，则尾气带出的NH3和和CO2量增大，量增大，降低了塔的生产能力。降低了塔的生产能力。（2）氨盐水进塔温度约）氨盐水进塔温度约3050C，塔中部温度升到，塔中部温度升到60C左右，中部不冷左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温度在却，但下部要冷却，控制塔底温度在30C以下，保证结晶析出。以下，保证结晶析出。（3）碳化塔进气量与出碱速度要匹配，否则，如果出碱过快而进气量不）碳化塔进气量与出碱速度要匹配，否则，如果出碱过快而进气量不足时，反应区下移，导致结晶细小，产量下降。反之，则反应区上移，足时，反应区下移，导致结晶细小，产量下降。反之，则反应区上移，塔顶塔顶NH3及及CO2的损失增大。的损失增大。（4）碳化塔底出碱温度要适当。出碱温度低，）碳化塔底出碱温度要适当。出碱温度低，NaHCO3析出量较多，转析出量较多，转化率高，产量增加；但温度过低会导致冷却水量大大增加，引起堵塔，化率高，产量增加；但温度过低会导致冷却水量大大增加，引起堵塔，缩短制碱周期。缩短制碱周期。（5）倒塔和运行时间要适宜。倒塔周期要严格执行，不要出现随意不规）倒塔和运行时间要适宜。倒塔周期要严格执行，不要出现随意不规则操作。在倒塔过程中，塔内的温度、流量均处于剧烈变化之中，因此，则操作。在倒塔过程中，塔内的温度、流量均处于剧烈变化之中，因此，倒塔运行时间不宜过长。倒塔运行时间不宜过长。2碳化塔的操作控制要点 第四节第四节 重碱的过滤与煅烧重碱的过滤与煅烧一、重碱过滤的基本原理一、重碱过滤的基本原理碳化取出夜：碳化取出夜：4045固相碳酸氢钠（重碱）。固相碳酸氢钠（重碱）。过滤分离：过滤分离：湿重碱煅烧制纯碱，母夜蒸氨工段回收氨。湿重碱煅烧制纯碱，母夜蒸氨工段回收氨。过滤设备：过滤设备：过滤分离在制碱工业中经常采用的有两类过滤分离在制碱工业中经常采用的有两类,即真空分离和离即真空分离和离心分离，相应的设备分别为真空过滤机和离心过滤机。心分离，相应的设备分别为真空过滤机和离心过滤机。离心分离设备流程简单，动力消耗低，滤出的固体重碱含水量少，但离心分离设备流程简单，动力消耗低，滤出的固体重碱含水量少，但它对重碱的粒度要求高，生产能力低，氨耗高，国内厂家较少采用。它对重碱的粒度要求高，生产能力低，氨耗高，国内厂家较少采用。转鼓式真空过滤器，依次完成吸碱，吸干，洗涤，挤压，刮卸，吹除转鼓式真空过滤器，依次完成吸碱，吸干，洗涤，挤压，刮卸，吹除过程。过程。第四节 重碱的过滤与煅烧一、重碱过滤的基本原理图图10-15转鼓转动一周工作示意图转鼓转动一周工作示意图图10-15转鼓转动一周工作示意图二、过滤工艺条件的优化二、过滤工艺条件的优化1.真空度：真空度：决定生产能力，重碱的含水量，纯碱的质量。决定生产能力，重碱的含水量，纯碱的质量。26.7-33.3kPa.2.洗涤水洗涤水尽量用软水；尽量用软水；用量过少，洗涤不彻底；用量过少，洗涤不彻底；用量过多，重碱损失增大；用量过多，重碱损失增大；控制重碱的溶解损失为控制重碱的溶解损失为24，所得纯碱中，所得纯碱中NaCl含量低于含量低于1。二、过滤工艺条件的优化三、重碱过滤工艺流程的组织及运行 真空转鼓过滤的工艺流程如图：图图10-16真空转鼓过滤的工艺流程真空转鼓过滤的工艺流程1-出碱液槽；出碱液槽；2-洗水槽；洗水槽；3-过滤机；过滤机；4-皮带运输机；皮带运输机；3-分离器；分离器；6-母液桶；母液桶；7-母液泵；母液泵；8-碱液桶；碱液桶；9-碱液泵碱液泵三、重碱过滤工艺流程的组织及运行 真空转鼓过滤的工艺流程如四、煅烧的基本原理及工艺条件优化四、煅烧的基本原理及工艺条件优化煅烧目的：煅烧目的：制成品纯碱，回收二氧化碳。制成品纯碱，回收二氧化碳。基本要求：基本要求：纯碱中含盐量少；纯碱中含盐量少；不含未分解的重碱不含未分解的重碱;产生的炉气二氧化碳浓度高且损失少；产生的炉气二氧化碳浓度高且损失少；降低煅烧的能耗。降低煅烧的能耗。四、煅烧的基本原理及工艺条件优化煅烧目的：制成品纯碱，回收二（一）化学反应（一）化学反应1.主要化学反应主要化学反应2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g),吸热吸热K=p(CO2)p(H2O)p(CO2)=p(H2O)=分解压力：分解压力：p(CO2)+p(H2O)分解温度在分解温度在100-101 时时,分解压力为分解压力为0.1Pa,完全分解。完全分解。（一）化学反应2.副反应副反应少量碳酸铵和碳酸氢铵的分解；少量碳酸铵和碳酸氢铵的分解；氯化铵与碳酸氢钠的少量反应；氯化铵与碳酸氢钠的少量反应；加大热能消耗，增加氨的循环量。加大热能消耗，增加氨的循环量。（二）分解工艺条件（二）分解工艺条件1.压力压力纯净纯净NaHCO3煅烧分解时，煅烧分解时，p（CO2）和）和(H2O)相等。二相等。二者之和称之为分解压。者之和称之为分解压。2.副反应2.温度温度分解压力的值随温度升高而急剧上升，并且当温度分解压力的值随温度升高而急剧上升，并且当温度100101时，分解时，分解压力已达到压力已达到101.325kPa，即可使，即可使NaHCO3完全分解，但此时的分解速度完全分解，但此时的分解速度仍很慢。仍很慢。当温度达到当温度达到190时，煅烧炉内的时，煅烧炉内的NaHCO3在半小时内即可分解完全，在半小时内即可分解完全，因此生产中一般控制煅烧温度为因此生产中一般控制煅烧温度为160190。175，40min.3.烧成率烧成率理论：理论：实际生产中，一般烧成率为实际生产中，一般烧成率为5060%。5.炉气组成：炉气组成：90二氧化碳，少量氨气。二氧化碳，少量氨气。2.温度第五节第五节 氨的回收氨的回收一、氨回收的基本原理及工艺条件的优化一、氨回收的基本原理及工艺条件的优化（一）氨回收的基本原理（一）氨回收的基本原理1.目的：目的：循环利用、节约成本、减少氨损失。循环利用、节约成本、减少氨损失。含氨料液：含氨料液：过滤母液、淡液。过滤母液、淡液。游离氨：游离氨：直接蒸出；直接蒸出；结合氨：结合氨：加石灰乳蒸出。加石灰乳蒸出。2.原理：原理：加热段：蒸出游离氨；加热段：蒸出游离氨；预灰桶：结合氨预灰桶：结合氨 游离氨；游离氨；灰乳蒸馏段：蒸出游离氨。灰乳蒸馏段：蒸出游离氨。第五节 氨的回收一、氨回收的基本原理及工艺条件的优化（二）氨回收的工艺条件的优化（二）氨回收的工艺条件的优化1.温度温度 温度越高，水蒸气分压越高，液体腐蚀性越强，一般塔底维持温度越高，水蒸气分压越高，液体腐蚀性越强，一般塔底维持110117，塔顶在，塔顶在8085，并在气体出塔前进行一次冷凝，使温度降至，并在气体出塔前进行一次冷凝，使温度降至5560。2.压力压力 蒸氨过程中，塔的上、下部压力不同。塔下部压力与所用蒸汽压力相同蒸氨过程中，塔的上、下部压力不同。塔下部压力与所用蒸汽压力相同或接近；塔顶的压力为负压，有利于氨的蒸发并避免氨的泄漏损失。同或接近；塔顶的压力为负压，有利于氨的蒸发并避免氨的泄漏损失。同时也应保持系统密封，以防空气漏出而降低气体浓度。时也应保持系统密封，以防空气漏出而降低气体浓度。3.灰乳的用量灰乳的用量用于蒸氨的石灰乳，一般含活性用于蒸氨的石灰乳，一般含活性CaO浓度为浓度为180220滴度，用量应比化滴度，用量应比化学计量稍微过量，以保证蒸氨完全。调和液中学计量稍微过量，以保证蒸氨完全。调和液中CaO一般过量不超过一般过量不超过1.2滴度，这应根据母液流量及浓度、预热母液中含滴度，这应根据母液流量及浓度、预热母液中含CO2量以及石灰乳的浓量以及石灰乳的浓度、操作温度等调节。度、操作温度等调节。（二）氨回收的工艺条件的优化1.温度 4.废液中的氨含量废液中的氨含量 一般控制在一般控制在0.028滴度以下，废液中氨的含量是蒸氨滴度以下，废液中氨的含量是蒸氨操作效果的重要标志。若废液中氨含量过高，说明氨回操作效果的重要标志。若废液中氨含量过高，说明氨回收效果不好，造成氨的损失大；若废液中氨含量过低，收效果不好，造成氨的损失大；若废液中氨含量过低，则说明加入灰乳过量，易造成设备及管道堵塞则说明加入灰乳过量，易造成设备及管道堵塞。4.废液中的氨含量二、蒸氨工艺流程的组织及操作控制要点二、蒸氨工艺流程的组织及操作控制要点 二、蒸氨工艺流程的组织及操作控制要点 蒸氨过程的工艺流程蒸氨过程的工艺流程1-母液预热段；母液预热段；2-蒸馏段；蒸馏段；3-分液槽；分液槽；4-加热段；加热段；5-石灰乳蒸馏段；石灰乳蒸馏段；6-预灰桶；预灰桶；7-冷凝器；冷凝器；8-石灰乳流堰石灰乳流堰9-加石灰乳罐加石灰乳罐蒸氨过程的工艺流程从过滤工序来的从过滤工序来的2030的母液经泵的母液经泵10打入蒸氨塔顶打入蒸氨塔顶l母液预热段的水母液预热段的水箱内，被管外上升蒸汽加热，温度升至约箱内，被管外上升蒸汽加热，温度升至约70左右，从预热段最上层流左右，从预热段最上层流入塔中部加热段入塔中部加热段4，该段采用填料或设置托液槽，以扩大气液接触面。，该段采用填料或设置托液槽，以扩大气液接触面。母液经分液槽母液经分液槽3加入，与下部上来的热气直接接触，蒸出液体中的游离加入，与下部上来的热气直接接触，蒸出液体中的游离NH3和和CO2。含结合氨的母液送入预灰桶含结合氨的母液送入预灰桶6，在搅拌作用下与石灰乳均匀混合，将结，在搅拌作用下与石灰乳均匀混合，将结合氨转变成游离氨，再进入塔下部石灰乳蒸馏段合氨转变成游离氨，再进入塔下部石灰乳蒸馏段5的上部单菌帽泡罩板的上部单菌帽泡罩板上，液体与底部上升蒸汽直接逆流接触，使上，液体与底部上升蒸汽直接逆流接触，使99%以上的氨被蒸出，废液以上的氨被蒸出，废液含含NH30.025 t.t以下由塔底排放。以下由塔底排放。蒸氨塔各段蒸出的氨自下而上升至预热段预热母液后温度降至约蒸氨塔各段蒸出的氨自下而上升至预热段预热母液后温度降至约6570进入冷凝器进入冷凝器7被冷却水冷却，大部分水蒸气经冷凝后氨气去吸氨塔被冷却水冷却，大部分水蒸气经冷凝后氨气去吸氨塔 从过滤工序来的2030的母液经泵10打入蒸氨塔顶l母液预三、淡液回收三、淡液回收淡液蒸馏过程是直接用蒸汽淡液蒸馏过程是直接用蒸汽“汽提汽提”的过程，热量和质量同的过程，热量和质量同时作用蒸出氨和时作用蒸出氨和CO2，并回收到生产系统中。在有纯碱的淡，并回收到生产系统中。在有纯碱的淡液中含有的结合氨量较少，可看成为不含液中含有的结合氨量较少，可看成为不含NaCl和和NH4Cl的的NH3-CO2-H2O系统，其蒸馏过程的主要反应与前述过程的系统，其蒸馏过程的主要反应与前述过程的加热段相同。加热段相同。淡液蒸馏塔上部设有冷却水箱，分为两段，下段是淡液，上淡液蒸馏塔上部设有冷却水箱，分为两段，下段是淡液，上段是冷却水。淡液在下段被预热，气体在上段被冷却，使部段是冷却水。淡液在下段被预热，气体在上段被冷却，使部分蒸汽冷凝分离，其余气体浓度提高，便于吸收。分蒸汽冷凝分离，其余气体浓度提高，便于吸收。三、淡液回收联合制碱工业联合制碱工业联合制碱工业饱和食盐水饱和食盐水通氨气通氨气氨盐水氨盐水过滤过滤洗涤洗涤通通CO2碳酸氢钠碳酸氢钠煅烧煅烧纯碱（纯碱（产品产品）二氧化碳二氧化碳滤液滤液NH4ClNaCl加热加热Ca(OH)2氨（氨（循环使用循环使用）（循环使用）（循环使用）废液、废液、CaCl2、NaCl石灰石石灰石煅烧煅烧二氧化碳二氧化碳CaOCa(OH)2石灰乳石灰乳索尔维制碱法工业流程图索尔维制碱法工业流程图饱和食盐水通氨气氨盐水过滤通CO2碳酸氢钠煅烧纯碱（产品）二氨碱法优点原料（食盐、石灰石）便宜产品（纯碱）纯度高副产品氨、二氧化碳可循环使用步骤简单，适用于大规模生产缺点两种原料的成分里只利用了一半食盐的利用率只有7274氨碱法优点原料（食盐、石灰石）便宜产品（纯碱）纯度高副产品氨饱和食盐水饱和食盐水通氨气通氨气氨盐水氨盐水过滤过滤洗涤洗涤通通CO2碳酸氢钠碳酸氢钠煅烧煅烧纯碱（产品）纯碱（产品）二氧化碳二氧化碳滤液滤液NH4ClNaCl加氯化钠细加氯化钠细粉、通氨气粉、通氨气冷却、过冷却、过滤、洗涤、滤、洗涤、干燥干燥氯化铵（产品）氯化铵（产品）（循环使用）（循环使用）饱和饱和NaCl（循环（循环 使使用）用）合成氨工厂合成氨工厂二氧化碳二氧化碳氨气氨气侯氏制碱法工业流程图侯氏制碱法工业流程图饱和食盐水通氨气氨盐水过滤通CO2碳酸氢钠煅烧纯碱（产品）二联合制碱法食盐的利用率提高到96以上综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，生产出纯碱和氯化铵。联合制碱法食盐的利用率提高到96以上综合利用了氨厂的二氧化向饱和的向饱和的NaClNaCl溶液中通入溶液中通入NHNH3 3至饱和至饱和 ，再通入，再通入过量过量COCO2 2得到固体得到固体NaHCONaHCO3 3 再将所得再将所得NaHCONaHCO3 3焙烧制得纯碱焙烧制得纯碱 向析出小苏打的母液中加入研细的向析出小苏打的母液中加入研细的NaClNaCl，还得，还得到另一产品到另一产品NHNH4 4ClCl固体固体侯氏制碱法的主要步骤：侯氏制碱法的主要步骤：向饱和的NaCl溶液中通入NH3至饱和，再通入过量CO2 “侯氏制碱法侯氏制碱法”流程图流程图 “侯氏制碱法”流程图（三）联合法制碱法（侯德榜）（三）联合法制碱法（侯德榜）我国化学家侯德榜我国化学家侯德榜1942年提出了完整的工业生产方法。年提出了完整的工业生产方法。1961年在大连建成了我国第一座联碱车间，现在已经成为年在大连建成了我国第一座联碱车间，现在已经成为制碱工业的主要技术支柱和方法之一。制碱工业的主要技术支柱和方法之一。原料：原料：食盐，氨，二氧化碳。食盐，氨，二氧化碳。产品：产品：纯碱，氯化铵。纯碱，氯化铵。优点：优点：原料利用率，质量好，成本低，连续生产。原料利用率，质量好，成本低，连续生产。（三）联合法制碱法（侯德榜）四、侯氏制碱法与索氏制碱法的异同点：1、相同点：NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 原理相同四、侯氏制碱法与索氏制碱法的异同点：NaClNH3H2O 索氏制碱法（氨碱法）索氏制碱法（氨碱法）侯氏制碱（侯氏制碱（联合制碱法）合制碱法）滤液液处理理方法方法原料来源原料来源循循环物物质优缺点缺点优点：点：缺点：缺点：2、不同点：Ca(OH)2+2NH4Cl 2NH3+CaCl2+2H2OCa(OH)2来源：来源：CaCO3CaO+CO2CaO+H2O Ca(OH)21、通入、通入NH3：a、增增大大NH4+的的浓度度，使使NH4Cl更更多多地地析析出出b、使使NaHCO3转化化为Na2CO3，提提高高析析出出NH4Cl的的纯度度2、降降温温,并并加加入入过过量量NaCl：低低温温时NH4Cl 溶溶解解度度比比NaCl小小，所所以以可可以使以使NH4Cl析出，同析出，同时补充充Na+CO2 NH3CO2 NaCl1 1、原料（食盐和石灰石）便宜；、原料（食盐和石灰石）便宜；2 2、产品纯碱的纯度高；、产品纯碱的纯度高；3 3、副产品氨和二氧化碳都可以回、副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；收循环使用；4 4、步骤简单，适于大规模生产。、步骤简单，适于大规模生产。CO2：石灰石的煅：石灰石的煅烧 NH3：Ca(OH)2与与NH4Cl的反的反应CO2：高温下焦炭与水蒸气的反高温下焦炭与水蒸气的反应NH3：工工业合成氨的反合成氨的反应1、NaCl利用率低利用率低 2、生成用途不大的、生成用途不大的CaCl2优点优点：1、提高了、提高了NaCl利用率利用率 2、产生了有用的化工原料、产生了有用的化工原料 和肥料和肥料 NH4Cl 索尔维国际会议索尔维国际会议本章结束！本章结束！本章结束！人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，第三部分-纯碱工艺课件