1、第九章第九章 氨碱法制纯碱氨碱法制纯碱 第一节第一节 概述概述v一、纯碱的性质和用途一、纯碱的性质和用途vNa2CO3，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时溶解时溶解度下降。工业纯度为度下降。工业纯度为99%（以（以Na2O）。与水）。与水生成生成1（35.4及以上，碳氧），及以上，碳氧），7（3235.4，温度较窄无工业价值），温度较窄无工业价值），10（32-2.1，晶碱或者洗涤碱，易风化生成，晶碱或者洗涤碱，易风化生成1水碳酸钠）三种水合物。水碳酸钠）三种水合物。v分类分类：超轻质，轻质，重质纯碱。超轻
2、质，轻质，重质纯碱。v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。v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 v二二、工业生产方法工业生产方法v生产历史：生产历史：天然碱，草木灰天然碱，草木灰 1791年路布兰法年路布兰法1861年氨碱年氨碱法（苏维尔法）法（苏维尔法）1942联合制碱法（侯德榜）联合制碱法（侯德榜）v(一一)路布兰法路布兰法v化学反应：化学
3、反应：2NaCl+H2SO4=Na2SO4+2HCl NaSO4+2C=Na2S+2CO2 Na2S+CaCO3=Na2CO3+CaSv缺点：缺点：原料利用低，质量差，成本高，间歇生产。原料利用低，质量差，成本高，间歇生产。v（二）氨碱法（二）氨碱法v苏尔维，比利时人，苏尔维，比利时人，v原料：原料：食盐，石灰石，焦炭，氨。食盐，石灰石，焦炭，氨。v优点：优点：原料来源方便，质量好，成本低，原料来源方便，质量好，成本低，连续生产。到上世纪连续生产。到上世纪30年代取代路布兰年代取代路布兰制碱法、成为生产纯碱的主要方法。制碱法、成为生产纯碱的主要方法。v缺点：但是该法食盐利用率低，只能达缺点：但
4、是该法食盐利用率低，只能达到到75，氯离子完全没有得到利用；，氯离子完全没有得到利用；生产生产1t纯碱约有纯碱约有10m3废液排出，污染环废液排出，污染环境，不宜在内陆建厂境，不宜在内陆建厂 v生产过程：生产过程：v石灰石煅烧；石灰石煅烧；v盐水制备；盐水制备；v氨盐水制备及碳酸化；氨盐水制备及碳酸化；v重碱的分离及煅烧；重碱的分离及煅烧；v氨回收。氨回收。v（三）联合法制碱法（侯德榜）（三）联合法制碱法（侯德榜）v我国著名化学家侯德榜我国著名化学家侯德榜1943年提出了年提出了完整的工业生产方法。完整的工业生产方法。v1961年在大连建成了我国第一座联碱年在大连建成了我国第一座联碱车间，现在
5、已经成为制碱工业的主要车间，现在已经成为制碱工业的主要技术支柱和方法之一。技术支柱和方法之一。v原料：原料：食盐，氨，二氧化碳。食盐，氨，二氧化碳。v产品：产品：纯碱，氯化铵。纯碱，氯化铵。v优点：优点：原料利用率，质量好，成本低，原料利用率，质量好，成本低，连续生产。连续生产。第二节第二节 石灰石煅烧及石灰乳制备石灰石煅烧及石灰乳制备v一、石灰石煅烧的基本原理一、石灰石煅烧的基本原理v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。v（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v1.煅烧反应煅烧反应
6、v CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(l)v体积增大的吸热可逆反应体积增大的吸热可逆反应v自由度独立组分数自由度独立组分数-相数相数+21v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。v2.理论分解温度理论分解温度vCO2分压为分压为0.1MPa时的最低分解温度；时的最低分解温度；v理论上为理论上为1180。v（二）窑气中（二）窑气中CO2浓度的计算浓度的计算 vCO2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。v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。v由于空气中氧不能
7、完全利用，煤的不完全燃烧，产生部由于空气中氧不能完全利用，煤的不完全燃烧，产生部分分CO和配焦率等原因，使窑气中的和配焦率等原因，使窑气中的CO2浓度一般只能浓度一般只能在在40%左右。左右。%10021.0112%3.8410012%3.84%100%33332FCMgCOCaCOFCMgCOCaCOCO 浓度窑气中窑气中CO2浓度计算公式浓度计算公式：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v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。v石灰窑石灰窑(竖窑竖窑)的结构如图的结构如图。v石灰石和固体燃
8、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。v（一）石灰窑的工艺控制指标（一）石灰窑的工艺控制指标v石灰窑的工艺控制指标主要有生产能力、生产强度、碳酸钙石灰窑的工艺控制指标主要有生产能力、生产强度、碳酸钙分解率、热效率。分解率、热效率。v1.1.石灰窑的生产能力石灰窑的生产能力v即石灰窑每天煅烧石灰石的质量，以即石灰窑每天煅烧石灰石的质量，以Q表示。表示。Q=2Br/Z t/d 式中式中B石灰石的有效容积，石灰石的有效容积，m3；r石灰石的堆积密度，石灰石的堆积密度，t/m3；Z石灰石在窑内的停留时间
9、，石灰石在窑内的停留时间，h。v2.石灰石的生产强度v 通常以石灰窑的单位截面积上每天生产石灰的质量表示。通常以石灰窑的单位截面积上每天生产石灰的质量表示。式中式中A石灰石的生成率，即每千克石灰石经煅烧得到石石灰石的生成率，即每千克石灰石经煅烧得到石灰的千克数灰的千克数。v 3.碳酸钙分解率v窑内碳酸钙分解为氧化钙的百分数。窑内碳酸钙分解为氧化钙的百分数。v式中式中 a每每100千克生石灰中含氧化钙的千克数；千克生石灰中含氧化钙的千克数；b每每100千克生石灰中含碳酸钙的千克数。千克生石灰中含碳酸钙的千克数。v 通常，石灰窑内碳酸钙的分解率在通常，石灰窑内碳酸钙的分解率在94%96%之间。之间
10、。2/()Wtm d每日投入石灰石的质量 A窑的横截面积=100%5656100aabv4.4.石灰窑的热效率石灰窑的热效率v用于分解碳酸钙的热量与燃料所放出的总热量之比，以用于分解碳酸钙的热量与燃料所放出的总热量之比，以表表示。由于热量损失，石灰窑的热效率在示。由于热量损失，石灰窑的热效率在75%80%之间。之间。v（二）石灰窑操作控制要点（二）石灰窑操作控制要点v1.控制要点：控制要点：v保持窑内温度的分布正常与稳定，同时为了避免空气进入，冲稀保持窑内温度的分布正常与稳定，同时为了避免空气进入，冲稀CO2气体的浓度，分解压力取微正压即可。气体的浓度，分解压力取微正压即可。v为了获得好的石灰
11、质量，要求石灰石块的大小均匀，其块径在为了获得好的石灰质量，要求石灰石块的大小均匀，其块径在110180mm之间，过小则使其通风不良，过大则不宜烧透。之间，过小则使其通风不良，过大则不宜烧透。v 此外，生产中还应注意燃料配比和均匀；空气进量与窑内情况配合；此外，生产中还应注意燃料配比和均匀；空气进量与窑内情况配合；所产窑气及时排出；烧好的石灰随时取出，以保持窑温的稳定。所产窑气及时排出；烧好的石灰随时取出，以保持窑温的稳定。v2.窑气成分窑气成分:v石灰窑正常生产时，从窑顶排出的窑气成分一般为石灰窑正常生产时，从窑顶排出的窑气成分一般为40%42%CO2，0.2%0.3%O2，0.1%0.3%
12、CO，其余为，其余为N2，温度约为，温度约为8595。v窑气中还含有一定数量的固体粉尘，因此气体出窑之后经过洗涤塔洗窑气中还含有一定数量的固体粉尘，因此气体出窑之后经过洗涤塔洗尘降温，再入压缩机压缩后送碳化工序。尘降温，再入压缩机压缩后送碳化工序。v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v（一）石灰乳制备的原理（一）石灰乳制备的原理v1.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。v2.四种产品四种产品（根据加入水的量）（根据加入水的量）v消石灰，细粉末；消石灰，细粉末；v石灰膏，稠厚；石灰膏，稠厚；v石
13、灰乳，悬浮液，石灰乳，悬浮液，氨回收需要氨回收需要；v石灰水，溶液。石灰水，溶液。（二）工艺条件优化（二）工艺条件优化v氢氧化钙在水中溶解度很低，且随温度升高而降低，其关系氢氧化钙在水中溶解度很低，且随温度升高而降低，其关系如图如图9-3。v石灰的消化速度与石灰石的煅烧时间，石灰所含的杂质，消石灰的消化速度与石灰石的煅烧时间，石灰所含的杂质，消化用水温度以及石灰颗粒大小等因素有关。化用水温度以及石灰颗粒大小等因素有关。v石灰乳较稠，对生产有利，但其粘度随稠厚程度升高而增加。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。太稠则沉降和阻塞管道及设备。v一般工业上
14、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），相对密度约为），相对密度约为1.171.27。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。第三节第三节 饱和盐水的制备与精制饱和盐水的制备与精制 v一、饱和盐水的制备一、饱和盐水的制备v氨碱法用的饱和盐水可以来自海盐、池盐、岩盐、井盐水和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。盐湖水等。vNaCl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
15、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只含工业上的饱和盐水因含有钙镁等杂质而只含NaCl 300kg/m3左右。左右。v制饱和盐水的化盐桶桶底有带嘴的水管，水自下而上溶解食制饱和盐水的化盐桶桶底有带嘴的水管，水自下而上溶解食盐成饱和盐水，从桶上部溢流而出。盐成饱和盐水，从桶上部溢流而出。v化盐用的水来自碱厂各处的含氨、二氧化碳或食盐的洗涤水。化盐用的水来自碱厂各处的含氨、二氧化碳或食盐的洗涤水。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
16、质危害：v堵塞管道和设备；堵塞管道和设备；v氨和食盐的损失；氨和食盐的损失；v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。v1.1.石灰石灰-碳酸铵法碳酸铵法 v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+v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：v2NH3+CO2+H2O+Ca2+CaCO3(s)+2NH4
17、+v2.石灰石灰-纯碱法纯碱法 v 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：vNa2CO3+Ca2+CaCO3(s)+2Na+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v优点优点：成本低廉，适用于海盐。成本低廉，适用于海盐。v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
18、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（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-纯碱贮槽纯碱贮槽第四节第四节 精盐水的吸氨精盐水的吸氨 v目的：目的：制
19、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。v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v（二）化学平衡（二）化学平衡vNH3+H2O=NH4OHNH4+OH vK1=0.5，K2=1.8105,v氨在水中主要以氨在水中主要以NH4OH形式存在。形式
20、存在。v（三）原盐和氨溶解度的相互影响（三）原盐和氨溶解度的相互影响v1.溶解度相互制约溶解度相互制约vNH3 ，NaCl;NaCl ，NH3.v由于由于(NH4)2CO3生成，氨的溶解度有所增加。生成，氨的溶解度有所增加。v氨盐水氨的分压较纯氨水低氨盐水氨的分压较纯氨水低。v2.控制吸氨量控制吸氨量v防止防止NaCl溶解度过低。溶解度过低。v理论滴度比为理论滴度比为1。v实际滴度比实际滴度比1.08-1.12.v（四）吸氨热效应（四）吸氨热效应v热效应：溶解热热效应：溶解热+反应热反应热+冷凝热；冷凝热；v冷却除热，过热将失去吸氨作用；冷却除热，过热将失去吸氨作用；v过冷，易结晶堵塞管道，且
21、杂质分离困难；过冷，易结晶堵塞管道，且杂质分离困难；v温度控制在温度控制在70 左右，精盐水左右，精盐水3045 。（五）氨盐水制备的工艺条件优化（五）氨盐水制备的工艺条件优化v1.NH3/NaCl比的选择比的选择v根据碳酸化反应过程的要求，理论上根据碳酸化反应过程的要求，理论上NH3/NaCl之比应为之比应为1:1(mol比比)。而生。而生产实践中产实践中NH3/NaCl的比为的比为1.081.12。v2.温度的选择温度的选择 v盐水进吸氨塔之前用冷却水冷至盐水进吸氨塔之前用冷却水冷至2530，氨气也先经冷却后再进吸氨塔。，氨气也先经冷却后再进吸氨塔。v低温有利盐水吸低温有利盐水吸NH3，也
22、有利于降低氨气夹带的水蒸气含量，降低对盐水，也有利于降低氨气夹带的水蒸气含量，降低对盐水的稀释程度。的稀释程度。v但温度也不宜太低，否则会生成但温度也不宜太低，否则会生成(NH4)2CO32H2O，NH4HCO3等结晶堵塞管等结晶堵塞管道和设备。道和设备。v实际生产中进吸收塔的气温一般控制在实际生产中进吸收塔的气温一般控制在5560。v3.吸收塔内压力吸收塔内压力 v为了防止和减少吸氨系统的泄漏，吸氨操作是在微负压条件下进行，其压为了防止和减少吸氨系统的泄漏，吸氨操作是在微负压条件下进行，其压力大小以不妨碍盐水下流为限。力大小以不妨碍盐水下流为限。二、吸氨工艺流程组织及运行二、吸氨工艺流程组织
23、及运行v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。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度为60C，底部为，底部为30C。v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的标的标准。准。v操作压力略低于大气压，减少氨损失和循环氨引入。操作
24、压力略低于大气压，减少氨损失和循环氨引入。三、碳酸化过程的原理及工艺条件优化三、碳酸化过程的原理及工艺条件优化vNaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Clv工艺要求：工艺要求：v碳酸氢钠的产率高；碳酸氢钠的产率高；v碳酸氢钠的结晶质量好；碳酸氢钠的结晶质量好；v产品中含水量低。产品中含水量低。v(一）碳酸化的基本原理一）碳酸化的基本原理v1.反应机理反应机理v复杂反应体系，分三步进行复杂反应体系，分三步进行v(1)氨基甲酸铵的生成氨基甲酸铵的生成v2NH3+CO2=NH2COO+NH4+v(2)氨基甲酸铵的水解氨基甲酸铵的水解vNH2COO+H2O=HCO3+NH3v(3)Na
25、HCO3结晶生成结晶生成vHCO3+Na+=NaHCO3(二二)氨盐水碳化过程相图分析氨盐水碳化过程相图分析 v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沉沉淀的过程所组成的系统是一个复杂的多相变化系统。淀的过程所组成的系统是一个复杂的多相变化系统。v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。v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。体系相图的分析来判断
26、原料的利用率。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 v在实际生产和计算时，用钠的利用率表示氯化钠的利用率在实际生产和计算时，用钠的利用率表示氯化钠的利用率U（Na）：）：v氨的利用率表示为氨的利用率表示为U（NH3）：）：343344()1U NHNHHCOHCONHNH生成氯化铵的量生成氯化氨的量原料碳酸氢氨的量全氨的量1)(3ClNaClNaClNaHCONaU全氯的量生成氯化氨的量原料氯化钠的量固体的量生成()11NaU NatgCl 334()11HCOU NHtgNH 由图由图10-11还
27、可以看出，在还可以看出，在NaHCO3结晶区任意一点结晶区任意一点X，其，其U（Na）和）和U（NH3）可分别写为：）可分别写为：当反应终结，溶液的组成点落在当反应终结，溶液的组成点落在P1点时，点时，最小，则最小，则U（Na）值最大；当）值最大；当溶液组成点落在溶液组成点落在P2点时，点时，最小，则最小，则U（NH3）最大。由此可推得：对于）最大。由此可推得：对于U（Na），），EP2P1F；对于；对于U（NH3），），EP2P1F。（三）氨盐水碳化的工艺条件（三）氨盐水碳化的工艺条件v 1.碳化度碳化度 v 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
28、的程度，其表达式为 2COR 溶液中全部浓度总氨浓度2332CONHNHCCRTv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%。v 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v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
29、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。v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。（四）影响NaHCO3结晶的因素vNaHCO3在碳化塔中生成并结晶成重碱
30、。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。v1温度温度v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；v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
31、饱和度的稳定；度的稳定；v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。v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。v 2添加晶种添加晶种 v 当碳化过程中溶液达到饱和甚至稍过饱和时，并无结晶析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，就可以使溶质以固体杂出，但在
32、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。质为核心，长大而析出晶体。v在在NaHCO3生产中，就是采用往饱和溶液内加晶种并使之长生产中，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。大的办法来提高产量和质量的。v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，晶种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。应加在饱和或过饱和溶液中。二是加入晶种的量要适当。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v（一）碳酸化工艺流程的组织（一）碳
33、酸化工艺流程的组织v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v(二二)碳化塔的操作控制条件碳化塔的操作控制条件v1碳化塔的结构碳化塔的结构 v气体进塔可分为一段和二段。气体进塔可分为一段和二段。v一段进气是将窑气和炉气混合后进
34、塔。一段进气是将窑气和炉气混合后进塔。其其CO2浓度一般在浓度一般在60%左右。左右。v为了适应生产过程和反应历程的需要，为了适应生产过程和反应历程的需要，后来改为两段进气，即从塔底送入浓后来改为两段进气，即从塔底送入浓度度90%以上的以上的CO2锅气，从塔的冷却锅气，从塔的冷却段中部送入浓度段中部送入浓度40%左右左右CO2的窑气。的窑气。v 2碳化塔的操作控制要点碳化塔的操作控制要点 v（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
35、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。v（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，中部左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温度在不冷却，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。v（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）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，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，塔顶塔顶NH3及及CO2的损失增大。的损失增大
36、。v（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，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，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，缩短制碱周期。缩短制碱周期。v（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）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，倒塔运行时间不宜过长。此，倒塔运行时间不宜过长。任务任务四四 重碱的过滤与
37、煅烧重碱的过滤与煅烧v一、重碱过滤的基本原理一、重碱过滤的基本原理v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）。v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。v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,即真空分离和离心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。分离，相应的设备分别为真空过滤机和离心过滤机。v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
38、要求高，生产能力低，氨耗高，国内厂家较少采用。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。v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。如图程。如图10-15所示所示。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v二、过滤工艺条件的优化二、过滤工艺条件的优化v1.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.v2.洗涤水洗涤水v尽量用软水；尽量用软水；v用量过少，洗涤不彻底；用量过少，洗涤不彻底；v用量过多，
39、重碱损失增大；用量过多，重碱损失增大；v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含量低含量低于于1。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v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。v基本要求：基本要
40、求：v纯碱中含盐量少；纯碱中含盐量少；v不含未分解的重碱不含未分解的重碱;v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；v降低煅烧的能耗。降低煅烧的能耗。v（一）化学反应（一）化学反应v1.主要化学反应主要化学反应v2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g),吸热吸热vK=p(CO2)p(H2O)vp(CO2)=p(H2O)=v分解压力：分解压力：p(CO2)+p(H2O)v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。KTp33108185.11lgv2.副反应副反应v少量碳酸铵和碳酸氢铵的分解
41、；少量碳酸铵和碳酸氢铵的分解；v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；v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。v（二）分解工艺条件（二）分解工艺条件v1.压力压力v纯净纯净NaHCO3煅烧分解时，煅烧分解时，p（CO2）和）和(H2O)相等。相等。二者之和称之为分解压。二者之和称之为分解压。v2.温度温度v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。
42、v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。v175，40min.v3.烧成率烧成率v理论：理论：v实际生产中，一般烧成率为实际生产中，一般烧成率为5060%。v5.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。%63%1002332NaHCOCONa五、重碱煅烧工艺流程的组织及运行五、重碱煅烧工艺流程的组织及运行蒸汽煅烧炉工艺流程图蒸汽煅烧炉工艺流程图1-皮带输送机；皮带输送机；2-圆盘加料器；圆盘加料器；3-返碱螺旋输送机；返碱螺旋
43、输送机；4；煅烧炉；煅烧炉；5-出碱螺旋输送机；出碱螺旋输送机；6-地下螺旋地下螺旋输送机；输送机；7-喂碱螺旋输送机；喂碱螺旋输送机；8-斗式提升机；斗式提升机；9-分配螺旋输送机；分配螺旋输送机；10-成品螺旋输送机；成品螺旋输送机；11-筛上筛上螺旋输送机；螺旋输送机；12-圆筒筛；圆筒筛；13-碱仓；碱仓；14-磅秤；磅秤；15-疏水器；疏水器；16-扩容器；扩容器；17-分离器；分离器；18冷凝塔；冷凝塔；19-洗涤塔；洗涤塔；20-冷凝泵；冷凝泵；21-洗水泵洗水泵v内热式蒸汽煅烧炉操作条件：内热式蒸汽煅烧炉操作条件：v(1)(1)温度温度 v为了使为了使NaHCONaHCO3 3
44、分解完全，炉内温度一般应控制在分解完全，炉内温度一般应控制在160160190190，不得低于不得低于150150。v为了避免损坏包装袋，出炉热碱应冷却至包装袋材料允许的温为了避免损坏包装袋，出炉热碱应冷却至包装袋材料允许的温度后再行包装，一般包装温度在度后再行包装，一般包装温度在5050100100。v为了避免炉气中水蒸气冷凝，炉气出口至旋风除尘器应保温，为了避免炉气中水蒸气冷凝，炉气出口至旋风除尘器应保温，保证炉气温度在保证炉气温度在108108115115为宜。为宜。v(2)(2)蒸汽蒸汽 v根据锅炉过热能力来确定蒸汽压力，一般蒸汽压力应大于根据锅炉过热能力来确定蒸汽压力，一般蒸汽压力应
45、大于25kg/cm25kg/cm2 2为宜，过热温度应达到为宜，过热温度应达到25255050，以保障操作温度和，以保障操作温度和避免蒸汽在总管中冷凝。避免蒸汽在总管中冷凝。v(3)(3)返碱量返碱量 v煅烧过程还包括返碱，原因是炉内水分含量高时，煅烧时容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，将一部热成品碱返回与重碱易结疤。所以牺牲一些产品碱，将一部热成品碱返回与重碱混合，使其水分降至混合，使其水分降至6%6%8%8%为宜，以保证分解过程顺利进行。为宜，以保证分解过程顺利进行。v(4)(4)存灰量存灰量 v在稳定运行时，炉内所具有的物料量即为存灰量。存
46、灰量的在稳定运行时，炉内所具有的物料量即为存灰量。存灰量的多少，标志着物料在炉内的停留时间的长短。其值与炉子的多少，标志着物料在炉内的停留时间的长短。其值与炉子的大小和炉内温度有关，确定存灰量的多少以物料分解完全为大小和炉内温度有关，确定存灰量的多少以物料分解完全为依据。依据。任务任务五五 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v1.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。v含氨料液：含氨料液：过滤母液、淡液。过滤母液、淡液。v游离氨：游离氨：直接蒸出；直接蒸出；v
47、结合氨：结合氨：加石灰乳蒸出。加石灰乳蒸出。v2.原理：原理：v加热段：蒸出游离氨；加热段：蒸出游离氨；v预灰桶：结合氨预灰桶：结合氨 游离氨；游离氨；v灰乳蒸馏段：蒸出游离氨。灰乳蒸馏段：蒸出游离氨。（二）氨回收的工艺条件的优化（二）氨回收的工艺条件的优化v1.温度温度 v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。v 2.压力压力 v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
48、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。v3.灰乳的用量灰乳的用量v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
49、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。v4.废液中的氨含量废液中的氨含量v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操作效滴度以下，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，说明氨回收效果不好，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，则说明加入灰乳过造成氨的损失大；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量，易造成设备及管道堵塞。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 图图10-18 蒸氨过程
50、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v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，从预热段最上层左右，从预热段最上层流入塔中部加热段流入塔中部加热段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。v母液
