纯碱生产方法课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第7章 纯碱,7.1,纯碱的制造方法,7.2,联碱法生产原理,7.3,联碱法的工艺流程,7.4,联碱法生产过程,1,纯碱化学名为：,Na,2,CO,3,纯碱的用途,：,1、,生产玻璃如平板玻璃、光学玻璃等,；,2、,化学工业用于制取钠盐、碳酸盐、漂白粉、填料、催化剂及染料等,；,3、,冶金工业用于选矿,；,4、,陶瓷工业用于耐火材料和釉,。,2,人类使用碱，最早是取自天然碱和草木灰,(K,2,CO,3,)。,英法七年战争,(1756-1763年)，,法国植物碱来源断绝,。,1775年，,法国科学院悬赏征求制造纯碱的方法，法国人吕布兰提出以,食盐、硫酸、石灰石、煤粉,为原料的工业生产纯碱方法，即吕布兰制碱法。,主要化学反应式,：,2NaCl+H,2,SO,4,Na,2,SO,4,+2HCl,Na,2,SO,4,+2CNa,2,S+2CO,2,Na,2,S+CaCO,3,Na,2,CO,3,+CaS,CaS+CO,2,+H,2,OCaCO,3,+H,2,S,H,2,S+2O,2,H,2,SO,4,7.1 纯碱的制造方法,7.1.1 吕布兰法,3,原料配比为,Na,2,SO,4,:,石灰石,:,煤粉,=100:100:35.5(,质量,)。,产品中含纯碱,95%。,1791,年建立了第一套日产,300kg,的吕布兰制碱工厂。,其后，采用此法生产纯碱遍布整个欧洲,，1880,年最高年产量为60万吨,。,该法的实施，不仅提供了制碱方法，也促进了硫酸、盐酸等工业的发展。,缺点：该法是在固相范围内进行生产，不能连续工业化生产，产品质量低、成本高,。,寻求新的生产方法。,2001,年国内纯碱年产量为,903,万吨,，,居世界第三位，国内主要的制碱方法是索尔维和侯氏制碱法,。,4,7.1.2 索尔维法,1861,年，索尔维在煤气厂从事稀氨水的浓缩工作，发现用食盐水吸收氨和,CO,2,的试验中可得到,NaHCO,3,（重碱），,然后获得用,海盐和石灰石,为原料氨为媒介制取纯碱的专利，此法被称为索尔维制碱法。,由于此法生产过程中，氨仅起,媒介,作用，故又称氨碱法,。,其工艺流程：,5,6,主要的化学反应,：,1、,石灰石煅烧和石灰乳制备,CaCO,3,CaO+CO,2,CaO+2H,2,OCa(OH),2,2、,盐水吸氨、碳酸化,NaCl+NH,3,+CO,2,+H,2,ONaHCO,3,+NH,4,Cl,3、,碳酸氢钠煅烧，分解出的,CO,2,循环使用,2NaHCO,3,Na,2,CO,3,+CO,2,+H,2,O,4、,氯化铵与石灰石蒸馏，回收氨,2NH,4,Cl+Ca(OH),2,CaCl,2,+NH,3,+2H,2,O,7,氨碱法制碱的优点,：,(1),原料易得，价格低廉,；,(2),可连续生产，生产能力,大；,(3),产品纯度高,(,含,Na,2,CO,3,98.5%).,氨碱法制碱的缺点,：,(1),氯化钠利用率低，理论转化率84%，实际只能达到72-74%，且仅利用部分Na,+,，,26-28%Na,+,？,和全部Cl,-,全部废弃，总利用率为,30%；,(2),产生大量废水，且废水不易处理,。,8,7.1.3 联合制碱法,1942,年，侯德榜发明了“索尔维制碱工艺与合成氨工艺联合起来，可连续生产，既制纯碱又产氯化胺，原料利用率达到98%。,1943年底，中国化学会第十一届年会命名为侯氏制碱法,”(Hous process),，即联合制碱法。,1952,年在大连化学厂建成日产,10,吨的联合制碱中试装置；,1961,年在大连化学厂建成年产,16万,吨的联碱车间。,日本,50,年代建立了联合制碱法工厂。,70,年代后，氯化铵过剩，对该法进行了改良，调整多余氯化铵产量称为“新旭法”或称为,NA,法,(New Asahi process)。,生产流程示意图：,9,10,生产过程分为两个过程,：,1、,制碱过程,；,2、,制铵过程,。,联碱法的优点,：,(1),原料利用率高，食盐利用率95%以上,；,(2),产品成本比氨碱法低，无须石灰石、焦炭，节约原料、能源、运输,；,(3),工艺流程简单，不需蒸氨塔、石灰窑、化灰机等笨重设备,；,(4),排污量小，无大量废液、废渣,。,11,7.1.4 天然碱加工,天然碱：指含有,Na,2,CO,3,和,NaHCO,3,等可溶性盐类的矿物,。,天然碱主要矿物为：,倍半碳酸钠,(Na,2,CO,3,.NaHCO,3,.2H,2,O),十水碱晶体,(Na,2,CO,3,.10 H,2,O),少量的,NaCl、Na,2,SO,4,。,天然碱加工法,：,1、,倍半碳酸钠法,将天然碱经过预处理后，再煅烧即可得到纯碱,。,Na,2,CO,3,.NaHCO,3,.2H,2,ONa,2,CO,3,+CO,2,+H,2,O,12,2、,一水碳酸钠法,将天然碱煅烧分解,NaHCO,3,，,制得一水碳酸钠，再脱水即可,。,3、,碳化法,Na,2,CO,3,+CO,2,+H,2,O2 NaHCO,3,2 NaHCO,3,Na,2,CO,3,+CO,2,+H,2,O,13,7.2.1,NH,4,Cl,结晶的原理,7.2 联碱法生产原理,14,表,7-1,可知,：,NH,4,Cl,溶解度受温度影响大,，NaCl,则影响不大,。,当,NH,4,Cl、NaCl,共存在,，溶解度都比单独溶解度小？,NH,4,Cl,溶解度随温度的降低而降低，而,NaCl,的溶解度随温度的降低而上升。,因此可采取冷析和盐析的方法析出,NH,4,Cl。,原理：,15,16,图7-6：,NH,4,ClNaClH,2,O,系相图,冷析，,NaCl不饱和，,NH,4,Cl析出,PQ，,加盐,NaCl，NH,4,Cl,析QR 总结晶PR,17,7.2.3 循环过程中的工艺指标,1、,氨母液,I中 NH,3,与,CO,2,之比,NH,3,/CO,2,=2.1-2.4，,吸氨目的：使母液,I中 的HCO,3,-,转化为,CO,3,2-,，防止NaHCO,3,，与NH,4,Cl共析。,过低共析，过高，氨分压高，氨损失增大。,2、,氨母液,II中 NH,3,与,NaCl,之比,NH,3,/NaCl=1.04-1.12，,使,NaHCO,3,析出,若,NH,3,/NaCl太高如1.15-1.20,时,，,易析出,NH,4,HCO,3,。,3、母液2中 Na,+,与NH,4,+,比,Na,+,/NH,4,+,=1.5-1.8,Na,+,增加,，析胺量增加，同时,酸化时生成较多的,NaHCO,3,，,太高NaCl,混入,NH,4,Cl产品,中,。,18,表7-2：联碱法各母液的组成,19,7.3 联碱法的工艺流程,图7-7：联合制碱法的工艺流程,20,7.4 联碱法生产过程,7.4.1 盐的精制,原盐精制主要采用洗涤法。用饱和氯化钠溶液洗涤，再用石灰乳处理洗涤液，除去,Mg,2+,、Ca,2+,等离子称为石灰纯碱法。,1、,用石灰乳脱除,Mg,2+,MgCl,2,+Ca(OH),2,Mg(OH),2,+CaCl,2,MgSO,4,+Ca(OH),2,Mg(OH),2,+CaSO,4,(,微溶于水,),2、,加入纯碱脱除,Ca,2+,CaCl,2,+Na,2,CO,3,CaCO,3,+2NaCl,CaSO,4,+Na,2,CO,3,CaCO,3,+Na,2,SO,4,21,7.4.2 母液吸氨,氨的消耗定额为每吨纯碱,0.3,吨,溶液吸氨后使溶液中的,NH,4,+,浓度提高,，,为碳酸化提供条件,。,1、,吸氨的化学反应,(1),吸氨反应,NH,3,+H,2,O NH,4,OH35.2 kJ,2NH,4,OH+CO,2,(NH,4,),2,CO,3,+H,2,O24.6 kJ,生成的,(NH,4,),2,CO,3,能除去溶液中的,Ca,2+,，Mg,2+,等离子,(NH,4,),2,CO,3,+Mg,2+,MgCO,3,+2NH,4,+,(NH,4,),2,CO,3,+Ca,2+,CaCO,3,+2NH,4,+,22,2、,吸氨速度,取决于氨分压和母液中氨平衡分压之差。,母液中盐浓度降低，氨溶解度增加，氨平衡分压降低，速度加快。,增加氨浓度吸收速度也加快。,由于吸氨属于带有化学反应的吸收过程，速率较大，工业上采用的是常温、高浓度氨,。,3、,吸氨的效应,吸氨除了具有脱出溶液中,Ca,2+,，Mg,2+,等离子的作用外，还有如下作用,：,(1),吸氨过程的热效应,吸氨时放热,：,NH,3,、CO,2,的溶解热,；,中和反应热,；,蒸氨塔水蒸汽的冷凝热,。,23,放出的热量为,4280 kJ/kgNH,3,。,吸氨后溶液的温度上升，不利于,NH,4,Cl,的结晶，需要冷却,。,(2),吸氨过程的体积变化,吸氨后降低盐浓度，密度减小，同时氨气中带有水蒸气，一般吸氨后溶液的体积增加,2-4。,(3)NH,4,Cl、NaCl,溶解度降低,溶液中,NH,4,+,浓度增加,，NH,4,Cl,易结晶,，,但不利于提高溶液中,NaCl,的浓度,。,24,7.4.3 氨母液II碳酸化,氨母液吸收氨和,CO,2,后使,NaCl,和,NH,3,转化为,NaHCO,3,和,NH,4,Cl，,且,NaHCO,3,结晶析出,。,化学反应,：,NH,3,+CO,2,+H,2,O NH,4,HCO,3,NH,4,HCO,3,+NaClNaHCO,3,+NH,4,Cl-Q,1、,碳酸化反应的化学平衡及适宜条件,碳酸化的化学平衡常数表示为,：,25,工业上提高,NaHCO,3,结晶量的方法,：,(1),提高反应物浓度,碳酸化的总反应,：,NH,3,+CO,2,+H,2,O+NaClNaHCO,3,+NH,4,Cl,综合考虑,，NaCl，NaHCO,3,工业生产氨母液,中NaCl,的浓度为,3.5mol/l，,且保证,NH,3,/NaCl=1.04-1.12 太高析出,NH,4,HCO,3,(2),增加反应压力,由化学反应式,，P，NH,3,、CO,2,溶解度,，,溶液中,NH,3,、CO,2,的浓度提高,，NaHCO,3,量,。,工业上一般控制,CO,2,的分压为,0.3MPa。,26,(3),温度,对于气体的溶解过程,，,温度,，,溶液中,NH,3,、CO,2,量,，,但反应为放热反应，反应速率常数,，,反应速度,，,所以碳酸化时有一适宜温度，工业上控制碳酸化的温度为,32,左右,。,2、NaHCO,3,结晶,在碳酸化溶液四种盐,NH,4,HCO,3,、,NH,4,Cl、NaCl和NaHCO,3,中,，NaHCO,3,溶解度最小,，,先结晶出来,。,结晶的过程,：,(1),过饱和溶液的形成,；,(2),晶核的生成,；,(3),结晶的成长阶段,。,有时晶核的生长和结晶的成长阶段同时完成,。,27,3、,碳酸化塔,碳酸化塔内进行的过程,：,吸收,、,结晶、冷却,碳酸化塔的要求,：,(1),有足够的高度和容积,碳酸化液在塔内停留时间为,1.52 h，,碳酸化塔的高度为,24-26m，,塔径为,23m。,(2),具有较大的气液接触面积,在塔内设置隔板,，,一般为,2835,层,。,(3),有足够的冷却面积,碳酸化反应放热，每吨纯碱移热,2.16MJ，,为了保证气体的吸收和,NaHCO,3,结晶，需要降低温度,。,所以塔内必须设置冷却器,。,28,图7-8：碳酸化塔结构示意,此塔为直径,2.5m，,具有,9,圈冷却箱的碳酸化塔,，,碳酸化塔的材质为铸铁。由两部分组成,：,(1),塔上部吸收,CO,2,。,(2),中下部为冷却段，析出,NaHCO,3,结晶,。,29,7.4.4 重碱过滤,重碱过滤是将碳酸化后碱液中的碳酸氢钠结晶（重碱）与母液分离的过程。在过滤的同时进行洗涤，把重碱中残留的母液洗去；并进行脱水，使重碱含水量降低。,重碱过滤主要采用机械分离方法，以回转真空过滤器为多,。,30,7.4.5 重碱煅烧,重碱煅烧是将过