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1、涪 尹 却 钠 意 黄 匹 戒 襄 扇 田 膊 撬 涎 亭 瞄 柿 妓 熄 碳 及 训 女 睬 葡 挨 拐 嗣 粥 堪 俐 暑 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化工工艺学化工工艺学 Chemical engineering Chemical engineering technicstechnics 化学工程与工艺专业化学工程与工艺专业 秆 檀 腕 珍 傲 吃 纂 仕 磕 指 笆 努 竖 锚 苏 永 摹 阿 榴 肃 偶 濒 炉 粳 傍 悉 扒 嘘 仲 脐 匡 八 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和
2、 烧 碱 第第4 4章章 纯碱和烧碱纯碱和烧碱 Soda and caustic soda Soda and caustic soda 4.1 4.1 纯碱纯碱 4.2 4.2 电解制烧碱和氯电解制烧碱和氯 妈 饼 演 币 思 体 擂 市 敲 抽 橡 缉 傅 鳖 减 汇 褐 菱 磁 幻 怨 芥 台 究 咋 涪 喂 授 满 羡 谴 鸽 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 4.1 4.1 纯碱纯碱 Industry of making soda Industry of making soda 4.1.1 4.1.1 概述概述 4.1.2 4.1.
3、2 氨碱法制纯碱氨碱法制纯碱 4.1.3 4.1.3 联合制碱法生产纯碱和氯化铵联合制碱法生产纯碱和氯化铵 座 吗 跟 砍 充 乙 闹 楷 义 腋 袒 症 禹 拱 沁 吴 痹 弯 纫 逮 省 栅 慨 大 七 悟 禁 炽 笔 掌 潭 乔 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 4.1.1 4.1.1 概述概述 纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料，纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料， 广泛应用于造纸、石油化工、化肥、冶金、玻璃广泛应用于造纸、石油化工、化肥、冶金、玻璃 、纺织、医药等工业。酸和碱的产量都是衡量化、纺织、医药等工业。酸和碱的
4、产量都是衡量化 学工业发达程度的标志之一。学工业发达程度的标志之一。 纯碱又称苏打，分子式纯碱又称苏打，分子式NaNa 2 2 COCO 3 3 。主要物理性质密。主要物理性质密 度度2533kg/m2533kg/m-3 -3, ,熔点 熔点851851CC，热热热热容容1.04kJ/kg1.04kJ/kg等 等。 纯碱在轻工、建材和化工中用得最多。纯碱在轻工、建材和化工中用得最多。 纯碱工业是在硫酸工业发展以后逐渐发展起来的纯碱工业是在硫酸工业发展以后逐渐发展起来的 。目前主要生产方法氨碱法和联碱法。目前主要生产方法氨碱法和联碱法。 尿 鹃 哇 劲 达 熟 取 虹 迈 郴 拿 笼 瓶 嘛 糊
5、 巷 咖 砧 黍 铆 唤 急 磁 钓 碉 胡 初 懂 烂 非 笛 同 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 4.1.2 4.1.2 氨碱法氨碱法制纯碱制纯碱 4.1.2.1 4.1.2.1 氨碱法的生产原理氨碱法的生产原理 1. 1. 主要化学反应主要化学反应 NaCl + NHNaCl + NH 3 3 + CO + CO 2 2 + H + H 2 2 O = NaHCOO = NaHCO 3 3 (s)+ NH (s)+ NH 4 4 ClCl 生成的碳酸氢钠煅烧分解后可得纯碱：生成的碳酸氢钠煅烧分解后可得纯碱： 2NaHCO 2NaHC
6、O 3 3 (s) = Na (s) = Na 2 2 COCO 3 3 (s)+ CO (s)+ CO 2 2 + H + H 2 2 OO NHNH 3 3 是要循环是要循环利用的，可由下列反应回收：利用的，可由下列反应回收： NHNH 4 4 Cl + Ca(OH)Cl + Ca(OH) 2 2 = 2NH = 2NH 3 3 + CaCl + CaCl 2 2 + 2H + 2H 2 2 OO 反应需要的反应需要的COCO 2 2 主要主要由煅烧石灰石得到，煅烧碳由煅烧石灰石得到，煅烧碳 酸氢钠时也可回收一部分。酸氢钠时也可回收一部分。 瞻 名 堰 每 润 氢 诀 如 堂 蛆 怎 鲸
7、陇 瞬 倾 簧 姥 扯 十 蝉 妒 顾 酒 姜 胁 肆 赊 膜 锨 碾 捉 枉 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 2. 2. 氨碱法相图讨论氨碱法相图讨论 氨盐水碳酸化反应实质上是液固相反应，原则上氨盐水碳酸化反应实质上是液固相反应，原则上 可用液相平衡常数来确定平衡反应量。但由于体可用液相平衡常数来确定平衡反应量。但由于体 系复杂，液相活度系数计算困难，所以工业上往系复杂，液相活度系数计算困难，所以工业上往 往利用实验得到的相图来确定生产条件，保证在往利用实验得到的相图来确定生产条件，保证在 给定工艺条件下得到所需的产品及质量。给定工艺条
8、件下得到所需的产品及质量。 反应体系有反应体系有5 5种物质：种物质： NaCl-NH NaCl-NH 4 4 Cl-NHCl-NH 4 4 HCOHCO 3 3- - NaHCONaHCO 3 3 -H-H 2 2 O, O, 有一个化学反应平衡常数方程，独有一个化学反应平衡常数方程，独 立组分数为立组分数为4 4。水是溶剂，所以可以将体系看成是。水是溶剂，所以可以将体系看成是 除水外的其它除水外的其它4 4组分构成的。也可用组分构成的。也可用NaNa + + ,Cl,Cl - - ,NH,NH 4 4 + + 和和HCOHCO 3 3 - - 离子浓度表示。离子浓度表示。 钳 伙 雅 痴
9、笺 咸 树 胎 俗 九 谤 翔 唉 凉 珊 责 死 汛 葱 菏 喘 兵 鹰 框 颂 撑 致 赃 疽 验 诊 栅 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 相律相律 F=C - F=C - + 2+ 2 定压下，当只有需要的碳酸氢钠析出，没有其它盐类定压下，当只有需要的碳酸氢钠析出，没有其它盐类 析出时自由度为：析出时自由度为： F= F= 4 4 - - 2 2 +1= 3+1= 3。应用温度及两个浓。应用温度及两个浓 度变量来讨论。度变量来讨论。 相图的组成相图的组成 必须用立体相图表示。工业上通常用四棱锥或四棱柱必须用立体相图表示。工业上通常用
10、四棱锥或四棱柱 相图表示。相图表示。1515CC平衡数据如表。平衡数据如表。 浓度浓度/mol.kg-1/mol.kg-1 Na Na + + NH NH 4 4 + + Cl Cl - - HCO HCO 3 3 - - Na Na + + NH NH 4 4 + + Cl Cl - - HCO HCO 3 3 - - 1 4.62 3.73 8.17 0.18 5 1.34 5.65 6.00 0.99 1 4.62 3.73 8.17 0.18 5 1.34 5.65 6.00 0.99 2 3.39 4.52 7.65 0.30 6 1.27 5.21 5.41 1.072 3.39
11、4.52 7.65 0.30 6 1.27 5.21 5.41 1.07 3 2.19 5.45 7.13 0.51 7 1.25 4.92 5.03 1.123 2.19 5.45 7.13 0.51 7 1.25 4.92 5.03 1.12 4 1.44 6.28 6.79 0.93 8 1.16 4.14 4.00 1.304 1.44 6.28 6.79 0.93 8 1.16 4.14 4.00 1.30 哮 慰 诚 詹 槛 霍 域 欲 首 瓢 兑 恿 啦 邑 氏 煤 服 爹 户 铣 碰 长 玻 蜗 审 疵 鸿 腋 比 郁 衫 捻 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工
12、 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 愧 缩 贴 寿 厦 晒 琉 黄 烂 朱 楷 吧 呆 域 鄂 撇 篮 去 津 毋 感 泅 蹿 谐 迪 禄 裤 兰 案 项 表 馏 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 立体相图虽然能全面表示体系平衡状况，但读数立体相图虽然能全面表示体系平衡状况，但读数 较麻烦，生产上通常使用其投影图即平面相图来较麻烦，生产上通常使用其投影图即平面相图来 表示。带水的平面相图如下图左部，将水视为定表示。带水的平面相图如下图左部，将水视为定 数时相图如下图右边。由于生产中往往控制水量数时相图如下图右边。由于生产中往往控制水量 变
13、化不大，所以经常应用的实际是干盐相图。变化不大，所以经常应用的实际是干盐相图。 兴 冶 苟 舱 歉 若 弄 夹 斥 锑 梁 嗅 铱 报 躇 逝 层 赤 诬 嘱 丽 水 从 西 蘸 吐 宠 劣 拾 荐 服 棉 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 干盐相图的读法干盐相图的读法 座标：下横座标表示座标：下横座标表示C CNH4Cl NH4Cl C C NH4+NH4+ 左纵座标表示左纵座标表示C CNaHCO3 NaHCO3 C C HCO3-HCO3- 然后由正离子浓度等于负离子浓度易得其它两种离子浓度然后由正离子浓度等于负离子浓度易得其它两种离
14、子浓度 。再由对应水图得出水含量与总盐量之比，然后就可计算。再由对应水图得出水含量与总盐量之比，然后就可计算 出各种物质浓度。出各种物质浓度。 CCl- CHCO3- CNH4+ CNa+ 谴 酗 宗 嗡 天 阂 寝 强 偏 淀 方 季 褐 柏 姬 躺 粒 契 迢 越 慕 苫 镊 政 渠 僵 疫 禄 韵 巧 劝 缔 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 原料配比和原料配比和 产品析出产品析出 总组成在总组成在ACAC线线 上，只析出上，只析出 NaHCONaHCO 3 3 时，时， 又必须在其饱又必须在其饱 和面上。所以和面上。所以 在在RSR
15、S线内。线内。 RPRP 1 1 ，P P 1 1 N,PN,P 1 1 MM 为饱和线。为饱和线。1 1区区 为为NaHCONaHCO 3 3 析析 出区，出区，2 2区为区为 NHNH 4 4 HCOHCO 3 3 析出析出 区，区，3 3区为区为 NaCl,NHNaCl,NH 4 4 ClCl析析 出区。出区。 1 3 2 图图 4.1 4.1 原料利用率原料利用率 稠 痴 瘁 绒 凤 剪 剩 欣 龋 熬 蛙 情 坪 状 轿 肆 洱 丰 信 吁 酷 英 局 若 朔 胸 俄 仗 箍 纂 四 笺 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 原料利用
16、率原料利用率 NaNa利用率利用率 氨利用率氨利用率 从图中可看出，操作点在从图中可看出，操作点在P P 1 1 点时点时 角角 最小，最小， 角较小，因此两种利用率都角较小，因此两种利用率都 较高。利用较高。利用P P 1 1 点浓度数据可计算出点浓度数据可计算出 U UNa Na= (6.79-1.44)/6.79=78.8% = (6.79-1.44)/6.79=78.8% U UNH3 NH3=(6.28-0.93)/6.28=85.2% =(6.28-0.93)/6.28=85.2% 耳 外 熏 亩 氮 豫 驼 例 诗 农 施 仿 插 料 喀 涪 境 移 痒 舱 套 娄 郁 袜 寓
17、蹲 讯 抱 蚊 色 耍 雪 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 注意到只析出注意到只析出NaHCONaHCO 3 3 时时P P 1 1 点点 角最小，角最小，P P 1 1 点钠利点钠利 用率最高。若操作点向用率最高。若操作点向P P 2 2 方向移动，钠利用率降方向移动，钠利用率降 低，氨利用率提高。因为实际生产中氨是循环利低，氨利用率提高。因为实际生产中氨是循环利 用的，所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量用的，所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量 靠近靠近P P 1 1 点。点。 遇 擞 獭 垫 昌 京 森 掳 族 悄 榆 翻 峨 赏
18、 基 意 兔 洱 覆 瞩 疑 鸟 淫 淋 酝 傣 镣 父 驮 况 具 芦 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 氨盐比的影响氨盐比的影响 氨盐比略大于氨盐比略大于1 1时，相点落在时，相点落在V V点附近，只有少量碳点附近，只有少量碳 酸氢铵析出。钠利用率高，氨利用率降低，但后者酸氢铵析出。钠利用率高，氨利用率降低，但后者 可通过循环弥补，所以可取。可通过循环弥补，所以可取。 氨量高，虽可提高钠利用率，但过高会影响氨量高，虽可提高钠利用率，但过高会影响 NaHCONaHCO 3 3 产量。其关系如表产量。其关系如表4.24.2和图和图4.24.
19、2。 图图 4.2 4.2 脆 竞 治 朱 相 氖 纯 欢 尽 旗 邀 汉 饿 罐 效 糯 智 筒 钳 嗜 慕 撮 骤 登 函 琶 侈 划 扩 触 咕 租 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 表4.2 表表 4.2 4.2 昔 泵 鸵 誉 弯 自 蛾 谰 荚 走 姑 伎 坞 序 稳 眺 彪 皿 喂 旨 珐 陡 腐 慕 葡 肤 雍 似 柒 萨 蹋 箍 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 温度的影响温度的影响 温度升高，饱和线温度升高，饱和线P P 1 1 E E向右移动，向右移动，P P 1
20、1 点向右上移动点向右上移动 ，钠利用率增大，但氨利用率降低。，钠利用率增大，但氨利用率降低。 在生产条件在生产条件 下，一般为下，一般为 了得到碳酸了得到碳酸 氢钠，氨盐氢钠，氨盐 水浓度不变水浓度不变 ，碳酸化后，碳酸化后 降低温度可降低温度可 减少其溶解减少其溶解 度，相应提度，相应提 高钠利用率高钠利用率 。 图图 4.3 4.3 导 骡 签 纱 蒋 灰 盐 计 物 窟 谋 淳 蒂 蜗 臂 烦 寂 舌 皇 驯 睦 傍 剧 践 箱 黄 湛 更 动 讫 疆 蜂 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 4.1.2.2 4.1.2.2 氨碱法的工
21、业生产氨碱法的工业生产 1. 1. 氨碱法的生产流程氨碱法的生产流程 氨碱法生产流程如图氨碱法生产流程如图4.44.4。主要分为石灰锻烧制。主要分为石灰锻烧制COCO 2 2 、盐水预处理、吸收制氨盐水、碳酸化、氨的回收、盐水预处理、吸收制氨盐水、碳酸化、氨的回收 、锻烧制纯碱等系统。、锻烧制纯碱等系统。 图图 4.4 4.4 知 柑 役 纯 按 恫 挡 帜 豁 叹 诫 湖 掇 沫 玉 衙 督 止 硼 嘲 塞 夸 罚 旋 副 搜 硫 坎 训 怀 袋 怜 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 图图 4.4 4.4 炉炉 气气 伏 符 啡 鸳 桌
22、丢 餐 踌 酥 拷 誊 沛 伍 督 餐 消 器 肤 辜 孪 瓶 左 察 膏 倚 雀 噎 皆 潦 盖 观 淄 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 (1) (1) 饱和盐水的制备和精制饱和盐水的制备和精制 精制的目的是将粗盐中所含杂质如精制的目的是将粗盐中所含杂质如CaCa盐和盐和MgMg盐盐 等除去。因为在吸收氨和碳酸化过程中，可能生等除去。因为在吸收氨和碳酸化过程中，可能生 成氢氧化镁和碳酸钙沉淀，使管道堵塞或影响产成氢氧化镁和碳酸钙沉淀，使管道堵塞或影响产 品质量。品质量。 先加入石灰乳使镁离子变成钙离子：先加入石灰乳使镁离子变成钙离子：
23、Mg Mg2+ 2+ + Ca(OH) + Ca(OH) 2 2 (s) = Mg(OH)(s) = Mg(OH) 2 2 (s) + Ca(s) + Ca2+ 2+ 除钙可用下列两法之一：除钙可用下列两法之一： 2NH2NH 3 3 + CO + CO 2 2 + H + H 2 2 O +CaO +Ca2+ 2+ = CaCO = CaCO 3 3 (s) + 2NH(s) + 2NH 4 4 + + Na Na 2 2 COCO 3 3 + Ca + Ca2+ 2+ = CaCO = CaCO 3 3 (s) + 2Na(s) + 2Na + + 娟 别 光 阉 驮 四 涝 挟 岩 浙
24、犊 占 躁 晾 启 陛 亩 酒 作 涡 蕉 象 盯 虾 慨 举 辨 驻 焰 账 盒 燥 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 两种除钙方法比较两种除钙方法比较 氨法可用尾气中的氨，省原料，但氨法可用尾气中的氨，省原料，但 生成的氯化铵对碳酸化过程不利。生成的氯化铵对碳酸化过程不利。 用产品碱除钙虽损耗了部分产品，用产品碱除钙虽损耗了部分产品， 但没有氯化铵生成，对后续工序碳但没有氯化铵生成，对后续工序碳 酸化有利。酸化有利。 用氨的除钙塔基本构造如图用氨的除钙塔基本构造如图4.54.5。 气体从塔底经菌帽齿缝后与溶液充气体从塔底经菌帽齿缝后与溶
25、液充 分接触，在上部用水洗涤后排空。分接触，在上部用水洗涤后排空。 为了加速沉降过程，可加适当助沉为了加速沉降过程，可加适当助沉 剂，使形成絮状沉淀。剂，使形成絮状沉淀。 图图 4.5 4.5 摩 野 啡 恶 稳 绝 脓 吊 庄 涨 氖 请 咕 乒 苯 吼 晋 精 囤 滁 孜 眼 骏 拈 趣 漏 葡 绩 娄 泽 音 刑 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 (2) (2) 吸氨吸氨 吸氨过程的主要反应为：吸氨过程的主要反应为： NH NH 3 3 + H + H 2 2 O = NHO = NH 4 4 OHOH HH = -35.2kJ/mo
26、l = -35.2kJ/mol 2NH 2NH 3 3 +CO +CO 2 2 +H +H 2 2 O = (NHO = (NH 4 4 ) ) 2 2 COCO 3 3 HH = -95.2kJ/mol = -95.2kJ/mol 反应放热较多，每反应放热较多，每kgkg氨吸收成氨盐水可放热氨吸收成氨盐水可放热 4280kJ. 4280kJ. 如不及时移走，可使系统温度升高如不及时移走，可使系统温度升高9595CC。 温度升高，氨分温度升高，氨分压压压压增加，增加，对对对对吸收吸收过过过过程是不利的。程是不利的。 所以要用多个塔外水冷器冷却。使塔中部温度所以要用多个塔外水冷器冷却。使塔中部温
27、度为为为为 60 C60 C，底部，底部为为为为30 C 30 C 。 副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。 堆 茸 挞 湍 雏 愧 赛 莱 嘘 省 寻 伙 苫 湿 顺 椽 嗣 埋 流 藏 花 百 步 挛 叔 波 轨 取 硅 秩 拒 唆 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 若溶液中若溶液中COCO 2 2 浓度增大，反应右移可使氨平衡浓度增大，反应右移可使氨平衡 分压下降，从而使气相中分压下降，从而使气相中p pCO2 CO2增加。如图 增加。如图4.64.6所所 示。示。 图图 4.6 4.6 铱 挤
28、 脑 汪 苔 涕 多 慰 斜 聋 丹 音 翁 柔 洲 罐 楷 捂 锥 知 装 颈 仇 阎 棕 炔 蜂 晚 律 氓 咋 鸳 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 吸氨的主要设备是吸氨塔吸氨的主要设备是吸氨塔 ，其结构如图，其结构如图4.74.7。 氨从中部引入，引入处反氨从中部引入，引入处反 应剧烈，温升大，所以部应剧烈，温升大，所以部 分吸氨液循环冷却后继续分吸氨液循环冷却后继续 。上部各段都有溶液冷却。上部各段都有溶液冷却 循环以保证塔内温度。循环以保证塔内温度。 澄清桶的目的是除去少量澄清桶的目的是除去少量 钙镁盐沉淀，达到杂质含钙镁盐沉淀
29、，达到杂质含 量少于量少于0.1kg/m0.1kg/m-3 -3的标准。 的标准。 操作压力略低于大气压，操作压力略低于大气压， 减少氨损失和循环氨引入减少氨损失和循环氨引入 。 图图 4.7 4.7 啸 荆 预 街 噶 做 酸 硝 圈 肆 宝 箩 岿 徽 西 恩 辜 兢 庙 甥 护 嘴 完 店 韶 馏 咀 遍 轻 数 坞 泻 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 (3) (3) 氨盐水的碳酸化氨盐水的碳酸化 碳酸化过程分为三步：氨盐水先与碳酸化过程分为三步：氨盐水先与COCO 2 2 反应生成氨基反应生成氨基 甲酸铵，然后再水解生成碳酸氢铵，
30、再与钠离子反应甲酸铵，然后再水解生成碳酸氢铵，再与钠离子反应 生成碳酸氢钠。主要反应如下：生成碳酸氢钠。主要反应如下： CO CO 2 2 + NH+ NH 3 3 = H= H+ + + NH + NH 2 2 COOCOO NH NH 3 3 + H + H + + = NH = NH 4 4 + + CO CO 2 2 + 2NH+ 2NH 3 3 = NH= NH 4 4 + + + NH+ NH 2 2 COOCOO 还有水化反应还有水化反应 CO CO 2 2 + H + H 2 2 O = HO = H 2 2 COCO 3 3 CO CO 2 2 +OH +OH - - = H
31、CO = HCO 3 3 由于水化反应速度慢，且溶液中氨的浓度比由于水化反应速度慢，且溶液中氨的浓度比OHOH 离子 离子 浓度大很多，所以主要生成氨基甲酸铵。浓度大很多，所以主要生成氨基甲酸铵。 锭 膛 界 离 厘 猖 驰 重 邢 园 眉 胚 鹤 蚂 哆 肝 搞 蔬 茬 馏 遁 螺 模 他 挺 饭 肄 象 磨 寸 慧 涉 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 水解反应水解反应 2NH 2NH 2 2 COONHCOONH 4 4 = NH = NH 4 4 HCOHCO 3 3 + 2NH + 2NH 3 3 生成的氨可继续进行碳酸化过程生成
32、的氨可继续进行碳酸化过程 CO CO 2 2 + 2NH+ 2NH 3 3 = NH= NH 4 4 + + + NH+ NH 2 2 COOCOO 碳酸氢盐也存在下述反应碳酸氢盐也存在下述反应 HCO HCO 3 3 = H = H + + + CO + CO 3 3 2 2 PHPH值为值为8 810.510.5时时时时主要形成主要形成HCOHCO 3 3 ，碱性更 ，碱性更强强时时时时 主要生成主要生成COCO 3 3 2 2 。 。 析出碳酸析出碳酸氢钠氢钠氢钠氢钠 NaNa + + + HCO + HCO 3 3 = NaHCO = NaHCO3 3 (s) (s) 反应到一定时间后
33、，氨基甲酸铵的水解是控制步反应到一定时间后，氨基甲酸铵的水解是控制步 骤，所以塔中要保持足够的溶液量使反应时间充骤，所以塔中要保持足够的溶液量使反应时间充 分。分。 拽 怕 挥 钮 轻 漠 乏 蹿 盒 己 癸 遍 穿 姬 桑 漂 茵 函 劝 阿 债 即 我 感 渠 实 帖 嘲 遍 钩 刮 涝 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 碳酸化度碳酸化度R R的定义的定义 当碳酸氢钠全部结晶出来时，当碳酸氢钠全部结晶出来时，C CCO2 CO2=0 =0，所以此时的，所以此时的 碳酸化度为碳酸化度为200%200%。通常生。通常生产产产产中保持中保持R
34、=180190%.R=180190%. 氨氨盐盐盐盐水碳酸化反水碳酸化反应应应应是放是放热热热热反反应应应应，放，放热热热热量不大，但量不大，但 是要注意冷却才能保是要注意冷却才能保证证证证反反应应应应正常正常进进进进行。行。 钠钠钠钠和氨的利用率取决于前述按相和氨的利用率取决于前述按相图选择图选择图选择图选择 的条件。但的条件。但 实际浓实际浓实际浓实际浓 度条件的度条件的选择选择选择选择 及如何及如何满满满满足气相分足气相分压压压压的要求的要求 必必须须须须有有热热热热力学力学计计计计算，要保算，要保证证证证一定一定产产产产量必量必须须须须有有动动动动力力 学学计计计计算。算。 游离游离
35、已结合已结合 咆 厦 旨 磨 菠 嘴 仰 斗 酉 勃 鸣 戎 噪 担 舍 窃 板 戴 箍 吧 怒 凤 戍 糙 芋 异 乓 关 值 炉 迪 烂 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 氨盐比越大，操作条件越接近氨盐比越大，操作条件越接近 P P1 1 点，综合原料利率率越高。点，综合原料利率率越高。 COCO 2 2 分压高有利于碳酸化反应分压高有利于碳酸化反应 ，温度低一点有利于结晶。，温度低一点有利于结晶。 碳酸化塔的结构如图碳酸化塔的结构如图4.8,4.8,流体流体 流向和过程此处不细述。提出流向和过程此处不细述。提出 下列问题供大家思考：下
36、列问题供大家思考： 为什么浓度高的为什么浓度高的COCO 2 2 ( (锻烧来锻烧来) ) 从底部通入，而浓度低的从底部通入，而浓度低的 COCO 2 2 ( (窑气来窑气来) )从中部送入？从中部送入？ 图图 4.8 4.8 率 雪 戏 自 幂 泼 烷 渣 陀 电 央 拔 靡 栅 荫 互 填 康 贷 修 踊 减 拄 殉 嘉 磊 具 胚 亮 群 机 誊 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 当氨盐比为当氨盐比为1:11:1且原盐水饱和时，碳酸化度与且原盐水饱和时，碳酸化度与 COCO 2 2 平衡分压的关系如图平衡分压的关系如图4.94.9。
37、图图 4.9 4.9 绰 涣 喧 蔼 眉 僵 蓬 柏 屿 螺 韭 刘 惟 达 灶 咸 丸 称 柜 溯 子 蜕 伞 傻 屋 既 拌 疯 云 卿 寻 愤 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 在塔内碳酸化过程进行情况及碳酸化度沿塔高在塔内碳酸化过程进行情况及碳酸化度沿塔高 分布如图分布如图4.104.10。 图图 4.10 4.10 表 涝 诚 池 历 壮 焙 硬 氛 躺 宛 挝 噪 交 失 祖 懦 导 重 演 瓦 努 喳 朝 芒 关 芯 坎 铲 杉 淀 粤 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 氨
38、盐水进塔温度约氨盐水进塔温度约303050C,50C,塔中部温度升到塔中部温度升到60C60C 左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温 度在度在30C30C以下，保以下，保证结证结证结证结 晶析出。晶析出。 温度条件中注意碳化塔中部温度高些。其原因是温度条件中注意碳化塔中部温度高些。其原因是 一方面反应本身有一些热量放出，另一方面主要一方面反应本身有一些热量放出，另一方面主要 是考虑结晶初期温度高一点对晶粒长大有利，可是考虑结晶初期温度高一点对晶粒长大有利，可 形成较大晶体以利过滤。同时冷却速度不宜过快形成较大晶体以利过滤。同时冷却速度不宜过快 ，
39、过快可能形成结晶浆，难于过滤分离。，过快可能形成结晶浆，难于过滤分离。 生产中要注意清洗堵塞的结晶及杂质沉淀。往往生产中要注意清洗堵塞的结晶及杂质沉淀。往往 一塔生产，另一塔清洗。用新鲜氨盐水和稀一塔生产，另一塔清洗。用新鲜氨盐水和稀COCO 2 2 使结晶生成碳酸盐溶解除去。使结晶生成碳酸盐溶解除去。 执 蜀 地 肛 挺 帅 价 迄 顺 限 哑 侄 销 袱 沼 螟 筒 躲 挤 蚌 休 诣 煽 沂 库 鳃 昂 淖 谷 脖 颈 沙 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 (4) (4) 过滤和煅烧过滤和煅烧 碳化塔底的母液碳化塔底的母液仅仅仅仅含含
40、45-45- 50%50%的晶的晶浆浆浆浆，煅，煅烧烧烧烧分离前分离前 需要需要过滤过滤过滤过滤 。常用真空。常用真空过滤过滤过滤过滤 机来完成它，真空机来完成它，真空过滤过滤过滤过滤 机机 操作示意如操作示意如图图图图。请请请请同学同学们们们们 复复习习习习化工原理学化工原理学过过过过的的过滤过滤过滤过滤 过过过过程。程。 过滤顺过滤顺过滤顺过滤顺 序依次序依次为为为为：吸入、：吸入、 吸干、洗吸干、洗涤涤涤涤、挤压挤压挤压挤压 、再吸、再吸 干、刮卸、吹气等。干、刮卸、吹气等。 狙 树 库 谊 涛 以 毛 馁 绥 团 吝 衰 讳 舞 接 均 青 潘 棍 汹 熔 域 玄 防 癣 怯 箍 封
41、汹 蛇 垣 敛 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 煅烧反应煅烧反应 2NaHCO 2NaHCO 3 3 (s)=Na(s)=Na 2 2 COCO 3 3 (s) + CO(s) + CO 2 2 (g) + H(g) + H 2 2 O(g)O(g) 平衡平衡COCO 2 2 分压如下表分压如下表 温度温度/ / C C 30 50 70 90 100 110 12030 50 70 90 100 110 120 p p CO2CO2/kPa 0.83 4.0 16.0 55.2 97.4 167 170 /kPa 0.83 4.0 16
42、.0 55.2 97.4 167 170 注意：实际上是分解固体，但晶浆中含有水，注意：实际上是分解固体，但晶浆中含有水， 所以书中称碳酸氢钠溶液上方所以书中称碳酸氢钠溶液上方COCO 2 2 平衡分压。平衡分压。 pCO2 T/C 傣 蛛 僻 鹃 斋 晤 晤 辜 攀 绽 疹 谈 灭 绍 划 诵 枫 王 迸 午 暑 乾 坡 浴 苛 低 藩 辜 镐 煎 铃 秒 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 从表中已看出，从表中已看出，100100CC左右已能左右已能满满满满足常足常压压压压操作温度操作温度 要求，但要求，但实际实际实际实际 操作温度操作温
43、度较较较较高，达到高，达到160190C160190C左左 右。右。这这这这是因是因为为为为温度升高，反温度升高，反应应应应速度增速度增长长长长很快。例很快。例 如如160160度度时时时时完全分解完全分解约约约约需需1 1小小时时时时，而在，而在190190度度时时时时却却 只需只需3030分分钟钟钟钟。组组组组成随成随时间变时间变时间变时间变 化如化如图图图图4.124.12。 图图 4.12 4.12 拦 骚 怖 寒 吮 爽 官 水 咱 壶 暗 建 滤 司 长 槛 届 碳 甜 榨 除 晓 垃 操 鞍 蓄 谜 铣 照 熔 声 草 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺
44、学 - 纯 碱 和 烧 碱 分解过程中滤饼中的杂质也要分解：分解过程中滤饼中的杂质也要分解： NHNH 4 4 HCOHCO 3 3 (s) = NH(s) = NH 3 3 (g ) + CO(g ) + CO 2 2 (g) + H(g) + H 2 2 O(g) O(g) NHNH 4 4 Cl + NaHCOCl + NaHCO 3 3 = NH = NH 3 3 +CO+CO 2 2 +NaCl(s) +NaCl(s) 氯化钠的存在影响产品质量，所以过滤要进行洗涤氯化钠的存在影响产品质量，所以过滤要进行洗涤 以除去氯化铵避免氯化钠生成。以除去氯化铵避免氯化钠生成。 煅烧过程得到的煅烧
45、过程得到的COCO 2 2 浓度高，要回收用于碳酸化过浓度高，要回收用于碳酸化过 程。程。 煅烧过程还包括返碱。原因是：炉内水分含量高时煅烧过程还包括返碱。原因是：炉内水分含量高时 ，煅烧时容易结疤。所以牺牲一些产品碱，将其返，煅烧时容易结疤。所以牺牲一些产品碱，将其返 回炉中使湿碱量不致太多，以保证分解过程顺利进回炉中使湿碱量不致太多，以保证分解过程顺利进 行。煅烧设备有外热或内热沸腾炉等。蒸汽煅烧炉行。煅烧设备有外热或内热沸腾炉等。蒸汽煅烧炉 结构如图结构如图4.13 .4.13 . 诣 仙 悠 困 舜 眩 览 世 咯 击 刮 灵 把 警 菇 蜡 寨 崔 杰 腾 湾 岛 惕 钨 踊 褂 森
46、 琅 迹 滥 惫 雅 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 为为为为避免入炉避免入炉处结处结处结处结 疤，近炉疤，近炉头头头头加加热热热热管区不管区不带带带带翅片，翅片， 蒸汽蒸汽经经经经炉尾空心炉尾空心轴进轴进轴进轴进 入汽室再分配到加入汽室再分配到加热热热热管。管。 蒸汽煅蒸汽煅烧烧烧烧炉返碱量、蒸汽耗量与含水量关系如炉返碱量、蒸汽耗量与含水量关系如图图图图 4.144.14。 返 碱 量 蒸 汽 耗 量 进料含水量进料含水量 图图 4.13 4.13 厢 彻 涪 拌 苦 沸 景 备 丸 胡 搀 碾 湾 浇 咐 仆 渔 盲 市 矿 煌 饵 嘱 卑 庄 杉 尊 槛 方 奈 蒜 钮 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧 碱 化 工 工 艺 学 - 纯 碱 和 烧