氨碱法制取纯碱与侯氏制碱法
2008-10-13 15:17
索尔维制碱法与侯氏制碱法（也叫做氨碱法与联碱法）
郭永斌发表于 2006-8-10 19:15:28
无水碳酸钠，俗名纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料，还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。
一、氨碱法（又称索尔维法）
它是比利时工程师苏尔维（1838～1922）于1892年发明的纯碱制法。他以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl
将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO＋H2O＝
Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子（Na＋）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32－）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl－）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2＋）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。
二、联合制碱法（又称侯氏制碱法）
它是我国化学工程专家侯德榜（1890～1974）于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。其化学反应原理是：C＋H2O＝CO＋H2 CO＋H2O＝CO2＋H2
联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加
入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。
联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到96％以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品——纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl－）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。
淡盐水在纯碱生产中的应用
氯碱厂淡盐水是盐水电解后的产物，该部分淡盐水在符合电解盐水工艺条件的情况下，在氯碱生产系统内循环使用。当其中的硫酸根离子浓度超标时，需要外排，以保证电解盐水的内在质量。目前这部分淡盐水送达纯碱厂二次使用，真正达到氯碱和纯碱生产的资源共享。由2005年淡盐水的指标统计看出，其流量在20m3/h，浓度为72.23tt。由于氯碱生产过程中对盐水精制的要求比较高，钙、镁含量几乎为零，这部分淡盐水非常适合纯碱生产，现将其具体应用分析如下。
1 淡盐水在纯碱生产中的用途
1.1 淡盐水化盐
目前淡盐水送到纯碱厂盐水工序与海水一起进行化盐，主要是降低盐耗，但是淡盐水的内在质量比纯碱生产所用精盐水的内在质量高许多，单纯利用其化盐，淡盐水的价值没有得到充分利用。
1.2 制备淡氨盐水
新60万吨纯碱装置没有设置除钙塔，碳化尾气净化直接在尾气洗涤塔内，
用精盐水吸收其中的CO
2和NH
3
，从而达到制备淡氨盐水的目的，如果利用淡盐
水进行净化吸收，在工艺上是可行的。但是淡盐水的流量和浓度还不能满足纯碱生产工艺要求。
1.3 进行炉气喷淋、洗涤，制备化碱液
1.3.1 精制盐水与循环碱液和高盐母液制化碱液的对比
新60万吨纯碱生产盐水精制采用的是石灰——纯碱法，使用的化碱液是用
精制盐水在化碱槽内溶化纯碱制成的。主要成分是Na
2CO
3
、NaHCO
3
和NaCl等，
制成的碱液中Na
2CO
3
浓度为55tt，NaCl为65tt。苛化后精盐水的盐分为
105.5-106 tt。2005年4月份化碱液采用煅烧工序的循环碱液以及液相重灰生产过程中排出的高盐母液。由于炉气喷淋、洗涤采用软化水，循环碱液的成分基
本是Na
2CO
3
。在使用循环碱液和高盐母液化碱时，Na
2
CO
3
浓度可以达到70-80tt，
由于高盐母液输送量的不连续性，NaCl的浓度会大大降低。表1是2005年1-9月份化碱液指标统计情况。
23
在60tt左右，碳化转化率大于75%，氨盐水盐分在90±0.5tt。从4-9月份，使
用循环碱液和高盐母液化碱，虽然碱液中Na
2CO
3
浓度大幅度提高15-20tt，但是
NaCl浓度陡然降了50tt左右。在盐水精制量一定的条件下，随着苛化碱液的加入，在一定程度上降低了精制盐水盐分，影响碳化塔的正常操作。
1.3.2 软水和淡盐水制取化碱液对比
苛化反应的过程：
Na
2CO
3
(1)+Ca(OH)
2
(s)＝2NaOH(1)+CaCO
3
(s)+0.84kJ (1)
苛化反应的特性是平衡苛化率η
η=[0H-]/([OH-]+[CO
3
2-])×100% (2)
由上述公式看出，苛化率η与化碱液中的Na
2CO
3
浓度成反比例关系。使用软
水洗涤炉气制取的化碱液当Na
2CO
3
浓度达到95tt时，会在苛化罐内生产钙水碱
(Na
2CO
3
·CaCO
3
·2H
2
O)结疤，增加纯碱的消耗量。Na
2
CO
3
浓度80tt时，η值最高
达到85%。如果使用淡盐水洗涤炉气制取化碱液，碱液Na
2CO
3
浓度控制在50-60tt，
η值可以达到94%左右，由于淡盐水的加入，碱液中NaOH单位含水量不会因Na
2CO
3
浓度降低而增大。同时对盐水精制系统的盐分损失进行补充，降低软水的耗用量。目前苛化碱液的用量在30m3/h，而淡盐水的输送量在20m3/h，基本满足化碱液用量的要求。
2 注意事项
1)使用淡盐水洗涤炉气，不会对炉气质量产生影响，也不会对管道附件及设备造成腐蚀。
2)稳定生产操作，防止气流过大，将淡盐水带入炉气冷凝塔和炉气洗涤塔，影响冷凝液和洗涤液的质量。
3)由于炉气冷却段管道温度高，淡盐水饱和度低，不会造成盐结晶析出。
4)淡盐水含有5g/L左右的SO
4
2-，它的存在会造成蒸馏系统结疤严重，缩短蒸馏塔的使用周期，应密切注意。
钛在纯碱工业的应用
纯碱工业
纯碱是最基本的化工原料之一，它直接关系到国民经济的发展。纯碱生产过程中，气体介质多为NH3和CO2,
液体介质多为NaCl、NH4Cl、NH4HCO3和Cl- 浓度较高的溶液，使用碳钢、铸铁材质进行碳酸化反应的碳化塔小管、热母液冷却器、冷却器、结晶外冷器等主体
设备，均不耐腐蚀，腐蚀泄漏严重，使用寿命不超过三年。1975-1977年，天津碱厂和大连化学工业公司建厂进行了钛应用示范工作，碳化塔冷却管63×2mm、钛平板换热器、钛外冷器、钛泵、CO2透平压缩机转子、Ti-6Al-4V合金叶轮等的应用效果很好，这为全行业进行用钛技术改造和新建三个年产60万吨纯碱厂起到了样板作用。
例如：某纯碱厂蒸馏塔顶部氨冷凝器应用纯钛管代替铸铁管。氨冷凝器是纯碱生产过程中,将蒸馏塔蒸出的氨气进行冷凝的设备，它由两个铸铁冷却箱组成,每个箱的直径2.5m,高1.2m，箱内原装有Φ63×6×2986mm铸铁小管214根,两个箱共428根。管内外均用热固性酚醛清漆防腐,管外介质为NH3、CO2、H2O蒸气，温度95℃左右。管内走NH4Cl母液，与管外介质进行换热。在此条件下，铸铁管腐蚀严重，使用一年即有部分管子腐蚀穿孔，2年已腐蚀损坏严重，停止使用。为解决氨冷凝器内铸铁管严重腐蚀问题，将铸铁管全部替换为TA2钛管，规格为Φ60×2×3010mm，钛管管端与铸铁花板间用O型橡胶圈密封。这是我国纯碱工业第一台蒸馏塔的冷却小管采用纯钛管。投产使用二年多，曾抽管进行宏观检查，未发现腐蚀现象，预计使用寿命可达20年以上，可比铸铁管延长10倍。由于钛管耐腐蚀，传热效率保持良好（铸铁管在3年一个大修期间，其传热效率前期好，中期差，后期就失效），管内NH4Cl母液预热回收热量，提高母液进入蒸馏塔的温度，可节约大量蒸汽，经济效益明显。
纯碱碳化塔
soda carbonating tower
纯碱(碳酸钠)生产中碳化过程所用的主要设备，其作用是利用索尔维法的氨盐水或侯氏制碱法的氨母液来吸收二氧化碳，制得碳酸氢钠，后者送去煅烧，则分解为碳酸钠。碳化过程所放出的大量热需从塔内移出，因此，塔的结构必须满足吸收、结晶、冷却等过程的要求。
常用碳化设备为索尔维式碳化塔（见图[索尔维式碳化塔结
构]）高约20～30m,塔内装
有菌帽型塔板,塔板下面是带孔的锥形隔板，上面是周边开有锯齿的锥形菌帽，起分布气体的作用，这种塔板不妨碍悬浮液的流动。自塔高1／2处以下，在两个塔板之间，装有很多横穿的冷却管，管内通水，以移去反应过程中放出的热量。塔内自上而下分成3个反应区域:①吸收区。在塔上部，溶液吸收二氧化碳，尚无结晶析出。②生成区。在塔中部，约从塔高2／3处开始析出碳酸氢钠结晶，并继续吸收二氧化碳，使结晶长大。③冷却区。在塔下部，吸收二氧化碳的同时进行冷却，结晶继续成长。生成区的温度对结晶质量影响很大，通常要求在60～65℃。含结晶的悬浮液从塔底部取出。取出液在索尔维法生产中，温度控制在25～30℃，在侯氏制碱法中控制在34～40℃。吸收后尾气从塔顶排出。
在制碱过程中，碳化塔内壁,特别是冷却管表面,会形成碳酸氢钠疤层。作业时间越长，疤层越厚。当疤层结到一定厚度后，由于传热效率下降，以及气、液通道变小，作业便不能正常进行。所以碳化塔一般作业几十小时后，需要进行清洗。通常，将几台碳化塔编成一组，轮换清洗。
碳化塔一般都用铸铁制造，近年来在侯氏制碱法中开始用碳钢制造，内加防腐蚀层。冷却管用铸铁（有的还在管外加防腐蚀层），也有用不锈钢的，少数用钛材。为提高结晶质量,延长作业时间以及简化设备结构等,现研究采用带溢流管的筛板塔、外部冷却式碳化塔等新结构。
周光耀
钛性能优越用途广泛
钛及其合金由于性能优越，在越来越多的领域得到了应用，简单介绍如下：
1、在湿法冶金工业中的应用
钛作为一种新兴的耐蚀材料，在我国的冶金行业，特别是湿法冶金行业中应用不过20多年，却获得了极大成功，并取得了显著的社会效益及经济效益。
从七十年代初，云南冶炼厂、上海冶炼厂、葫芦岛锌厂等有色冶金行业率先在电解铜、电解镍及铅锌冶炼中使用钛材，解决了严重困扰企业生产及发展的腐蚀问题，钛及钛设备在这些企业成功的应用，也大大地促进了我国钛工业民用推广的使用。
自80年代后，国内许多湿法冶金企业都开始在技术改造中选用钛材。金川有色金属公司、沈阳冶炼厂、铜陵有色金属公司、大冶有色金属公司等企业近十年来的用钛量高达上百吨，这些新技术、新装备的使用，使我国有色湿法冶金行业的装备更接近世界先进水平。
钛作为电铜、电镍行业中种板应用的主要优点是：
（1）钛表面的氧化膜保护了钛不被电解液腐蚀，且又不污染电解液。
（2）剥离极其容易，减轻了劳动强度。
（3）成品率提高了30%以上。
（4）电铜结晶组织致密，表面光滑。
（5）不易断路烧板。
（6）.使用寿命超过30年。
2、在航空、航天中的应用
钛及其合金的比强度（强度与重量比）在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为钢材的57%。另外，钛及其合金的耐热性很强，在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可更高些。而铝在150℃、不锈钢在310℃就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时，其发动机和表面温度相当高，铝合金已不能胜任，这时采用钛合金是十分合适的。正是由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能，在飞机制造中用它来代替其它金属时，不仅可以延长飞机使用寿命，而且可以减轻其重量，从而大大提高其飞行性能。所以，钛是航空工业和宇宙工业中最有前途的结构材料之一。
钛及其合金在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身。一般而言，马赫数小于2的飞机，其发动机使用一部分钛及其合金，机身一般用铝合金。马赫数等于2的飞机，其发动机用钛量增加，其机身部分需用钛。对于马赫数大于3.5的飞机，其发动机入口温度已很高，就不能用钛合金而需用超合金了，但其机身用钛量则显著增加。
钛及其合金还具有良好的耐低温性能，即使在-250℃的超低温下，仍具较高的冲击强度，可耐高压抗震动。因此，钛及其合金在火箭、导弹和宇宙飞船上不仅用于制造发动机外壳和结构部件，还用于制造高压容器，如高压气瓶、低温液态燃料箱等。
3、在石化工业中的应用
钛在石化工业中，多用于制造化工设备。化工设备的选材相当重要，大量的压力容器、贮槽、塔器、换热器、管道乃至紧固件和连接件等等在工作条件下不仅要承受一定的载荷，而且要受到许多介质的强烈腐蚀，工作条件十分苛刻。在这种情况下，许多设备的选材如仅在常用不锈钢的基础上进行调整，已不能适应。而钛及钛合金的机械性能与不锈钢相近，耐蚀性能则远为优异。为此，在重要的化工设备中，钛材逐渐以各种形式如衬钛、钛钢复合以至全钛得到应用。
钛在我国石化工业中的应用源于80年代初，上海金山石化总厂的乙烯装置和芳烃提取装置以及兰州炼油化工厂的苯胺盐酸生产装置，由于钛材的应用解决了长期困扰企业生产的腐蚀问题。随后上海高桥石化、巴陵石化公司等都相继投入大量资金，在石化工业装备中应用钛材，并获得良好的经济效益及社会效益。
4、在化工工业中的应用
在化工生产中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料,这对增加产量，提高产品质量，延长设备使用寿命、减少消耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善劳动条件和提高生产率等方面都有十分重要的意义。
近年来，我国化工用钛的范围不断扩大，用量逐年增加，钛已成为化工装备中主要的防腐蚀材料之一。钛作为一种优良的用于化工装置中的耐腐蚀结构材料，已经确立了它的地位，也愈来愈引起工程技术人员的重视。
（1）氯碱工业
氯碱工业是重要的基本原料工业，其生产和发展对国民经济影响很大。这是因为钛对氯离子的耐腐蚀性能优于常用的不锈钢和其它有色金属。目前氯碱工业中广泛采用钛来制造金属阳极电解槽、离子膜电解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。这些设备的主要零部件过去多采用非金属材料（如石墨、聚氯乙烯等），由于非金属材料的力学性能、热稳定性能和加工工艺性能不够理想，造成设备笨重、能耗大、寿命短，并影响产品质量和污染环境。因此，我国自70年代以来，开始陆续用金属阳极电槽和离子膜电槽代替石墨电槽，用钛制湿氯冷却器代替石墨冷却器，均取得良好的效果。
例如：钛制湿氯冷却器的应用。食盐电解生产烧碱要产生大量的高温湿氯气，温度一般在75~95℃，需要经过冷却和干燥才能使用。
我国食盐电解制取氯气的生产，以前因为冷却工艺不合理或因冷却设备的腐蚀问题影响了氯气产量和质量，而且还严重地污染了环境。耐高温湿氯气腐蚀的钛制冷却器投入生产，改变了氯碱工业中制取氯的生产面貌。钛在高温湿氯气的环境中极耐腐蚀，钛在常温时的氯水中，腐蚀速率为0.000565mm/a；在80℃时的氯水中，钛的腐蚀速率为0.00431mm/a；在含95%湿氯气中，常温下钛的腐蚀速率为0.00096mm/a。许多氯碱厂使用了钛制湿氯气冷却器后，有的使用了将近20年，至今仍然完好无损。
（2）纯碱工业
纯碱是最基本的化工原料之一。纯碱生产过程中，气体介质多为NH3和CO2,液体介质多为NaCl、NH4Cl、NH4HCO3和Cl- 浓度较高的溶液，使用碳钢、铸铁材质进行碳酸化反应的碳化塔小管、热母液冷却器、冷却器、结晶外冷器等主体设备，均腐蚀泄漏严重，使用寿命不超过三年。1975-1977年，天津碱厂和大连化学工业公司建厂进行了钛应用示范工作，碳化塔冷却管Φ63×2mm、钛平板换热器、钛外冷器、钛泵、CO2透平压缩机转子、Ti-6Al-4V合金叶轮等的应用效果都很好，这为全行业进行用钛技术改造和新建三个年产60万吨纯碱厂起到了样板作用。
例如：某纯碱厂蒸馏塔顶部氨冷凝器应用纯钛管代替铸铁管。氨冷凝器是纯碱生产过程中，将蒸馏塔蒸出的氨气进行冷凝的设备，它由两个铸铁冷却箱组成，每个箱的直径2.5m，高1.2m，箱内原装有Φ63×6×2986mm铸铁小管214根，两个箱共428根。管内外均用热固性酚醛清漆防腐，管外介质为NH3、CO2、H2 O蒸气，温度95℃左右。管内走NH4Cl母液，与管外介质进行换热，此条件使铸铁管腐蚀严重，使用一年即有部分管子腐蚀穿孔，2年已腐蚀损坏严重，停止使用。为解决氨冷凝器内铸铁管严重腐蚀问题，将铸铁管全部替换为TA2钛管，规格为Φ60×2×3010mm，钛管管端与铸铁花板间用O型橡胶圈密封。这是我国纯碱工业第一台蒸馏塔的冷却小管采用纯钛管。投产使用二年多，曾抽管进行宏观检查，未发现腐蚀现象，预计使用寿命可达20年以上，可比铸铁管延长10倍。由于钛管耐腐蚀，传热效率保持良好（铸铁管在3年一个大修期间，其传热效率前期好，中期差，后期就失效），管内NH4Cl母液预热回收热量，提高母液进入蒸馏塔的温度，可节约大量蒸汽，经济效益明显。
5、在医药行业中的应用
钛作为一种新兴的材料，在我国的制药工业、医疗器械、人体植入物等领域的开发、使用不过近二十年的历史，却获得了极大的成功，并缩短了我国与世界先进国家的差距。
从七十年代以来，东北制药总厂、山东新华制药厂、武汉制药厂率先在阿斯匹林、安乃近、咖啡因等产品生产中使用钛设备，不仅解决了严重困扰企业生产和发展的设备腐蚀问题，还使药品的质量大大提高。
近几年，国内许多制药企业在技术改造及VC、VB等产品中大量地选用钛材及钛设备，由此也奠定了钛在制药行业的特殊地位。
医疗器械、手术器械也是近年来发展较快的领域之一，由于钛材用作手术器械具有特殊的优越性，因而深得外科、眼科、心胸外科医生的欢迎，也是当今手术器械发展方向之一。
钛的另一个显著的特点，就是具有良好的生物相容性，因而被选作最理想的人体植入材料。十多年来，世界各国及我国的许多研究部门、医学院、医院等也作了大量的基础工作和临床研究，从深度、广度上确认钛为最理想的人体植入材料，这些年用钛材作的人工股骨头、人工腕关节、膝关节、人工种植牙、颅骨修补、心脏起搏器等已有数千例的记载。从这些年的研究、跟踪、比较及报导中可以这样认为，钛是人体植入物最理想的材料。
(上)纯碱生产中的腐蚀性与材料的选择
中国化工信息网 2007年1月12日
1 纯碱生产的腐蚀性浅析
纯碱生产过程中的介质大致可分为以下几种：精制氨盐水，主要是饱和盐水溶液；蒸馏冷凝液，主要是游离氨和CO
2
的混合溶液；氨盐水、碳化取出液、母
液Ⅰ、母液Ⅱ、氨母液Ⅰ、氨母液Ⅱ等溶液，它们主要是NaCl、MH
4Cl、(NH)
4
CO
3
、
NH
4HCO
3
、NaHCO
3
等盐类的混合溶液，其CO
2
、Cl-含量大致相似，不同的是结合氨、
游离氨、Na+含量不一样。这些溶液它们具有一个共性，就是均为强电解质，比较有利于电化学腐蚀的进行。
由于碱厂各种溶液大部分是多元混合溶液，其腐蚀性极强，在生产实际中，由于介质、流速、浓度、温度、压力等条件不同，以及耐蚀材料种类繁多，因此，金属的腐蚀破坏类型也是多种多样的。均匀腐蚀是纯碱工业设备最常见的腐蚀形态之一，是电化学腐蚀的基本形态，在全部暴露于介质中的表面上均匀进行，金属均匀减薄，重量逐步减轻，最后破坏；石墨化腐蚀是普通铸铁中的石墨以网络形状分布在铁素体内，在介质为盐水、矿水、土壤或极稀的酸性溶液中，发生了铁素体选择性腐蚀。磨损腐蚀是由于腐蚀流体和金属表面的相对运动，引起金属的加速破坏现象，它是腐蚀和磨损、化学作用和机械作用共同或交替进行的结果，其腐蚀激烈程度远超过单一的腐蚀过程。小孔和缝隙腐蚀是在金属表面上产生小孔或缝隙的一种局部的电化学腐蚀形态。
在纯碱生产中，以上几种腐蚀极为常见并且时常存在，伴随着纯碱生产全过程进行，而且腐蚀问题也越来越对生产有着极大的影响，设备的损坏，物料的损失，生产稳定性均与腐蚀问题息息相关，因此，研究和解决纯碱生产的腐蚀问题有着极其重大的意义。钛材料、不锈钢材料、非金属材料以及各种防腐技术的引用和开发，将纯碱工业的技术发展又推向了一个新的发展高度，因此，我们在搞好纯碱生产技术的同时，也要搞好新技术、新工艺、新设备、新材料的推广使用工作，使纯碱生产设备达到真正意义上的“积极投资”。
2 铸铁在纯碱工业中的使用
纯碱工业从索尔维制碱法工业化开始，绝大部分设备都是采用铸铁材料。而灰铸铁制设备使用寿命比碳钢设备寿命长，因此，不论是庞大的塔器还是各种各样的热交换器、管道、泵、阀门等，均采用铸铁材料，直到120年后的今天，纯碱工业仍然是铸铁材料大用户之一，它所采用的铸铁总数量远远超过其他任何化学工业。到今天为止在纯碱工业中的使用的材料情况来看，不得不承认铸铁仍是第一大材料，有些由它制成的设备100多年都没有变化，如碳化塔，吸收塔现在还是依然使用灰口铸铁来制造，表1是现今纯碱工业中由铸铁制造的主体设备。
露出一系列的问题，如铸铁笨重，耐腐蚀能力低，铸造缺陷比较多而且很难完全避免，使用一段时间后，容易泄漏，维修工作量很大。因此铸铁是否继续作为制碱的主体材料很值得人们去思考与探讨。几十年以来，不管人们承不承认，一个要求取代铸铁材料或者通过其他防腐的技术来提高钢铁设备寿命的改革，已在国内外纯碱界兴起。
我国对纯碱工业主体材料的改革始于上个世纪60年代，它是以开拓联碱工艺为契机，以强化氨碱法为背景而开展的，通过几十年的努力，已经取得很多的成果，把过去那种只采用铸铁材料的旧传统，转移到用多种耐蚀材料、多种的防腐技术并用的轨道上来，过去那种靠消耗大量的资金、钢铁和劳动力的局面已大大改变。
3 钛材料在纯碱工业的使用
3.1 钛材料的特点
钛是轻金属，在元素周期表中处于第四族的过渡元素，化学活性极高，易与氧、氢、氮和碳等元素形成稳定的化合物。钛的储量非常丰富，我国的钛储量居世界首位。钛具有质轻、强度高、比强高等特点，在国外被广泛应用。尽管钛的化学性质非常活泼，平衡电位E=－1.63V(SCE)，但钛的自钝化能力很强，钝化膜稳定性很高，且在遭受机械损伤后，有迅速的自修复能力，特别是在含有强烈破坏钝化膜的Cl-的溶液中也有很好的抗点蚀能力，这是一般不锈钢无法匹敌的，故广泛应用于耐蚀的工况，特别是用于盐水和含有Cl-的溶液中。
钛作为一种优良的耐腐蚀材料，在化工设备的制作和使用中已越来越为人们所认识和接受。日本早在1957年就将工业钛作为一种防腐材料用于化工生产，解决了某些化工生产设备中存在的严重腐蚀问题。美国、前苏联及西欧各国也都
看好钛的优良耐蚀性能和较好的传热性能，也将其应用于化工生产设备中。我国对钛材的研究、使用开始于1960年，到1972年方开始应用于化工行业。
3.2 钛材在纯碱工业上的应用
钛材在氨母液中的年腐蚀率几乎为零(0.000 1mm/a)，传热效果好，这样，相同换热面积的换热器要比碳钢的换热器的效率高20%，钛制的设备表面光洁，不宜结疤，使设备作业周期长及减少了设备倒换时物料、能量的损耗。既可以提高生产的经济效益亦减轻了工人的劳动强度。
由于钛材具有优良的性能，使得许多企业相继在纯碱生产设备中大量地使用钛材，例如联合制碱中的Ⅱ过程的母液都是以氯化铵、氯化钠为主的含氯离子浓度较高的溶液，这种溶液对碳钢、铸铁的腐蚀很严重。在此以前，结晶外冷器是由碳钢制作而成，虽然经过打砂防腐，但因受到循环母液中氯离子及结晶粒子的冲刷作用，腐蚀仍很严重，一般使用2.5年左右，花板外的列管就会被腐蚀穿孔，无法使用而被迫报废。自1975年上海浦东化工厂首次使用钛外冷器，钛列管外冷器投用至今的生产实践表明，该外冷器各方面的特性均优于碳钢外冷器。再如，钛泵分别在制碱工艺中的废淡液、二次盐水、淡液、氨盐水、中和水等母液系统应用已10多年，显示出很多优点，加工件的刀纹至今清晰可见，就足以说明其壳体和叶轮等主要零部件耐制碱过程中各种介质的腐蚀、冲刷、磨损，且结垢率低，不易堵塞，表面也无被大气腐蚀现象，均衡满负荷连续生产时间长，运行平稳，对生产波动的适应性强，减少了停车检修频次。
在阀门方面，纯碱工业中使用的阀门种类有10几种，主要品种有胶膜阀、截止阀、闸阀、碟阀、浆液阀、球阀和旋塞等。从材质上分，主要有铸铁、不锈钢和钛。规格由DN25至DN700。使用于碱厂各种液体和气体管路上。阀门质量的好坏，对各工序的平衡操作，降低消耗，减少跑、冒、滴、漏和环境污染都起重要作用。其中最难解决的阀门之一是碳化塔的出碱口阀，其阀开关频繁，使用条件见表2。
夹3层蓬布制成。使用中主要损坏部位是胶膜和与之接触的阀座进、出口之间的隔筋面，被碱颗粒冲刷出现沟痕，失去其密封效果，使胶膜阀出现内漏现象，一个铸铁阀座最多使用3个月，平均2个多月，给生产造成不应有的波动和损失。钛阀在碳化塔出碱口上推广应用后，从各个纯碱企业的使用来看无腐蚀冲刷现象，且刀纹清晰可见，预计可使用20多年，清除了内漏外泄现象，保证了化工生产平稳。近几年来，通过钛阀的推广使用，杜绝了物料流失所造成的环境污染，增加了产量，降低了消耗，创造了良好的经济效益和社会效益。
上个世纪80年代以后，每年纯碱行业的技术改造及新开工装置的钛材使用量占国内钛生产总量的25%。在纯碱企业钛材大量用于碳化塔冷却小管，吸收冷却小管，板式换热器，波纹管换热器，碱泵，阀门，母液蒸馏塔，联碱的外冷器结晶器，仪表等设备。
从钛材在纯碱工业应用30年的实践经验来看，已达到很成熟的阶段，钛因具有优良的防腐蚀性能，在制碱工业中是性能最理想的材料，无论是由钛制成的
静止设备还是传动设备，无论是纯腐蚀介质还是冲刷与腐蚀兼有，使用寿命都很高，取得了巨大的经济效益与社会效益。
由于钛材价格比钢铁材料价格高约40多倍，这是任何一个纯碱企业在选择钛材时所无法回避的问题，所以到今天为止，钛材的使用也只能是在设备的最关键部位，高昂的成本问题是阻碍纯碱工业进一步推广钛材料的主要障碍。
煤盐联合发展氯碱循环经济
目前国内氯碱行业面临着健康、安全、环境三大问题，发展循环经济、建设生态园区是解决这一问题的最终途径。我国化工行业“十一五”发展目标是：到2010年，全行业万元GDP能耗比2005年下降15%-20%，单位工业增加值用水量比2005年下降30%，工业用水重复利用率至少90%，工业固体废弃物综合利用率至少70%，主要污染物排放总量减少10%，并建成一批符合循环经济发展要求的资源节约型、环境友好型先进企业和化工园区。因此，提高资源利用效率、减少消耗、减少污染、发展循环经济、构建生态园区，是当前化工企业发展的必然选择。
平顶山煤业集团公司(以下简称平煤集团)是新中国成立后我国自行勘探设计建设的第1个特大型煤炭基地，矿区煤田面积700多km2，地质储量82亿t，注册资本603369万元，是国内品种最全的炼焦煤和电煤生产基地。2005年平煤集团实现销售收入158.6亿元，利税24.08亿元，在中国企业500强中名列第197位，煤炭产量居行业第6位，河南省第1位。近年来，平煤集团不断扩大生产规模，不断增强经济实力，通过大力发展非煤产业，有效改变了单一的煤炭采选的生产格局。平煤集团按照“以煤为本，相关多元化”的发展思路谋求更大的发展。平顶山市岩盐资源丰富，盐储量2300亿t，是我国第2大井盐产地，盐质量好，氯化钠质量分数在90%以上。平煤集团已取得6.2 km2盐矿探矿权。
根据国家发改委2006年7月7日《关于加强煤化工项目管理，促进产业健康发展的通知》中“鼓励煤炭资源接续区发展煤化工产业，适度安排供煤区煤化工项目建设，限制调入区煤化工产业的发展”的精神，平煤集团发展煤盐联合化工符合国家产业政策。综合各方面因素，平煤集团作为国家发改委确定的首批国家循环经济试点企业，依托本地煤盐资源，发展循环经济，构建煤盐联合化工生态产业园有明显的优势，对推动当地经济持续健康发展具有积极的意义。
1 循环经济和生态工业的基本概念
循环经济是一种把物质、能量进行梯次和闭路循环使用，少排放甚至零排放污染物的经济运行模式。作为一种新的经济发展模式，循环经济把清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续消费等融为一体，实现了经济活动的生态化转向，其本质是生态经济；是以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量、再利用、资源化(即3R)”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。
生态工业园区是继经济开发区、高新技术产业开发区后的第3代产业园区，是一个包括自然、工业和社会的地域综合体，是依据循环经济理论和工业生态学原理而设计成的一种新型工业组织形态，是生态工业的聚集场所。它通过成员之间副产品和废物的交换、能量和废水的梯次利用、基础设施的共享，来实现园区经济效益和环境效益的协调发展。
2 平煤集团煤盐联合发展循环经济和生态园区的模式
根据国家统一部署，国家发改委提出了《关于加快循环经济发展对策、措施、建议的报告》，并于2004年9月召开了全国循环经济工作会议，下发《关于加快发展循环经济的指导意见(征求意见稿)》，提出了我国发展循环经济的指导思想、主要原则和近期目标，并组织开展了循环经济试点工作。开展循环经济的总体目标是：在一些重点行业探索循环经济发展模式，树立一批循环经济典型企业；在重点领域完善再生资源回收利用体系，建立资源循环利用机制；在开发区和产业园区试点，按循环经济模式规划、建设、改造产业园区的思路，建成一批循环经济产业示范园区。
平煤煤盐联合化工园区建设要求将循环经济理念贯穿于规划和建设过程之中，立足于煤炭、岩盐、石灰石等资源优势，充分考虑园区产业基础，紧密依托本区域及周边产业，以盐化工和煤化工为龙头，带动副产品和废弃物的综合利用。产品包括聚氯乙烯、烧碱、电石、醋酸、甲醇、甲醛等基础化工原料，带动发展煤炭、电力、盐卤开采等上游产业，和精细化工、塑料加工、机械制造等下游产业，形成循环经济和生态园区发展模式。
基于平煤煤盐联合化工园区的实际情况，根据“循序渐进，虚实结合”的原则，结合园区项目建设、相关产业现状和市场供求，确定优先发展产业，构建聚氯乙烯、烧碱、制盐等核心产业，充分利用核心产业产生的副产物和废弃物进行再生产，构建水泥、合成氨、联碱等附属产业。核心产业及相关附属产业组成园区的工业生态群落，群落间通过产品、水、电、汽等联合利用联系在一起，通过共生产品、水或能量关系，构成多种物质、能量链接的生态链网络(如图1(略))。
3 平煤煤盐联合化工园区发展循环经济的具体措施
3.1 园区建设实现减量化
采用国际先进的洁净煤气技术汽化高硫煤、劣质煤，煤炭消耗比传统汽化工艺显著降低。甲醇、合成氨、联碱、电石、聚氯乙烯等生产装置均选择清洁、大型化、低能耗的生产技术，降低消耗，提高资源利用效率。采用高温、高压循环流化床锅炉发电，热电联产，提高综合热效率。烧碱生产采用全卤制碱工艺，淡盐水循环使用，提高了盐资源的利用效率。
3.2 园区各生产单元产品实现再利用
园区内各生产单元之间实现原料、产品和副产品的互供及综合利用。主要有：煤气脱硫副产硫磺，用硫磺生产保险粉；净化分离煤气合成气，用于生产醋酸、甲醇、合成氨；利用甲醇合成尾气生产合成氨；利用汽化炉渣作为水泥掺混料及制建材；热电装置产生高温高压蒸汽，先发电，抽凝或背压后的中低压蒸汽用于纯碱煅烧、烧碱蒸发、真空制盐、聚氯乙烯聚合等生产装置；锅炉烟气采用氨法脱硫副产硫酸铵，硫酸铵送复合肥装置作原料；利用部分烧碱生产硅系列产品、保险粉等，减少了商品烧碱量；利用卤水电解产生的氯气、氢气合成氯化氢，氯化氢用于生产聚氯乙烯。
3.3 园区各生产单元产生的废物资源化
将各装置排放的废物作为资源加以利用：PVC生产装置产生的电石渣用于水泥生产；电石炉产生的尾气用作锅炉燃料；煤汽化及燃烧产生的造气炉渣和粉煤灰用于生产水泥、空心砖、新型建筑材料，有效降低环境污染；加强化工生产中能量的梯级利用和水资源的循环使用，降低消耗。
4 平煤集团煤盐联合化工园区实现循环经济的关键技术
平煤集团煤盐联合化工园区采用成熟可靠的先进技术，实现3R目标。
(1)采用高效低耗脱硫脱碳技术、微量杂质脱除技术、高效气体压缩技术等新型洁净煤加压汽化技术，采用低压大型氨合成、甲醇合成、二甲醚直接合成等高效合成技术。
(2)烧碱生产采用全卤制碱工艺，电解后的淡盐水送回盐田用于卤水开采。电解工序采用复极式离子膜电解槽，淡盐水真空脱氯，氯气处理采用氯水洗涤、冷却、干燥、提压流程，氯气干燥采用填料塔结合泡罩塔工艺，氯气压缩采用进口的大型透平机，氯气液化采用节能显著的高压法，氯化氢合成及高纯盐酸工序采用废热回收利用的大型自动控制合成炉。
(3)乙炔发生装置采用大型高效乙炔发生器，电石渣综合利用制水泥，废水回用不外排；VCM转化装置采用大型转化器，反应热通过热水自循环系统以副产低压蒸汽的形式平衡，并将低压蒸汽转化为热水带动热水型溴化锂机组，供全厂冷冻站使用；VCM的脱酸、水洗通过盐酸脱吸装置闭路循环并回收氯化氢；触媒中氯化汞的回收处理采用国内开发的回收和处理汞泥技术；VCM精馏采用新型垂直筛板塔；VCM精馏尾气采用变压吸附和二级保安吸附，确保达标排放；VCM聚合选用大型反应釜，采用全自动化控制密闭式进料生产工艺，釜内VCM回收采用压缩冷凝工艺；浆料汽提选用目前最先进的新型塔式浆料汽提工艺，保证浆料中VCM的质量分数低于1×10-5；PVC干燥采用大型流化床干燥设备；PVC包装采用国内生产的自动包装和码垛技术，准确计量，节省人力。
(4)电石生产采用大型密闭电石炉、空芯电极及炉气干法净化回收技术。还要跟踪国内已开发出的具有自主知识产权的氢等离子体-煤粉合成乙炔新技术，探索煤洁净高效生产乙炔及聚氯乙烯的新途径。
(5)采用先进的工业水循环利用技术及各种水资源重复利用和综合利用技术，全面采用循环用水系统、串联用水系统和回用水系统，积极采用水网络集成技术，广泛采用蒸汽冷凝水回收再利用技术，提高水的重复利用率，做到废水全部就地处理并回用。
5 结语
煤盐联合发展循环经济、建设生态园区，是建设资源节约型、环境友好型和谐社会的重要途径。通过园区内各生产单元之间的物料循环，资源最大限度地得到利用，形成生态产业链，对生产过程产生的废渣、废气、废水循环利用，降低资源消耗，实现零排放，减轻环境污染，可实现经济发展与环境友好的和谐发展。
模拟氨碱法制备纯碱 一、实验目的 1.理解氨碱法制备纯碱的实验原理 2.学习实验设计的方法 3.掌握模拟氨碱法制备纯碱的实验操作 二、中学化学中存在的问题 1、对氯化钠、氯化铵、碳酸氢钠的物理性质不了解 2、对实验原理不理解以及装置的气密性的检查 3、饱和溶液的定义理解 4、在制备碳酸氢铵时，加热的温度？ 三、实验原理 1、碳酸钠又名苏打，工业上叫纯碱。本次实验是向氨的氯化钠饱和溶液中加入二氧化碳，二氧化碳，水，氨反应生成碳酸氢铵，然后碳酸氢铵和氯化钠生成碳酸氢钠，然后加热碳酸氢钠至300℃，分解成碳酸钠。 主要反应：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2 四、实验任务 1、查询所学药品的基本物理参且确定相关药品的用量 2、明白氨碱法制备纯碱的原理 五、影响实验的因素及其影响规律 1、盐酸的用量及其浓度；氯化钠的用量以及是否是饱和溶液 2、水浴加热的温度 3、装置的气密性 六、实验设计过程 1、原料选择 2、反应物用量 3、仪器选择与装置的选择 4、装置的组装
七、药品物理参数 八、仪器药品 仪器：铁架台、分液漏斗、天平、量筒、分液漏斗、烧杯、漏斗、玻璃管、试管、酒精灯、玻璃棒、药匙、 导管和橡皮塞若干、蒸发皿、温度计、铁圈、锥形瓶、洗气瓶 药品：氯化钠、稀盐酸、浓氨水、石灰石（碳酸钙）、蒸馏水 九、实验装置图 物质 相对分子质 量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度g/cm 3 溶解度/g 备注 NaCl 58.45 800 1440 2.165 36 溶于水、甘油，微溶于乙醇、液氨 NH 3 17 -77.73 -33.5 0.69 89.9 无色液体，有强烈刺激性气味 NH 4HC 3 79 105 169.8 1.58 11.9 能溶于水 NaHCO 3 84.01 270 851 2.159 小苏打，白色粉末 Na 2CO 3 106 851 1600 2.532 纯碱，苏打，碱灰，易溶于水 NH 4Cl 53.49 340 100 1.52 CO 2 44 -78.46 -56.56 1.977 不可燃，不支持燃烧 CaCO 3 100.09 825 未知 2.70-2.95 灰石、大理石 HCl 36.46 158.8 187.9 1.447 72 无色
“氨碱法制纯碱”教学中探究性教学的渗透 在鲁教版初中化学教材中，涉及到了氨碱法制纯碱这一反应原理，这是初中化学最复杂的一个化学反应，要让学生扎实地理解并记住这一反应，难度较大。教学中，我运用了探究性教学方式，在学生原有知识的基础上不断设疑、层层引导，取得了比较不错的教学效果。 依照教材，本知识点是第六单元第三节《海水“制碱”》中的一部分内容。这一节共由两部分内容组成，按照教材顺序，第一部分是氨碱法制纯碱，其中涉及到“多识一点”：侯氏制碱法；第二部分是纯碱的性质，其中涉及到“多识一点”：复分解反应的实质。在处理教材时，我将这节课分为2课时，而且在授课顺序上也做出了很大调整。第一课时完成了纯碱的性质并且总结了盐的化学性质，给出了复分解反应发生的条件。第二课时，主要讲授“氨碱法制纯碱”。其教学过程可分为四个板块： 第一板块：复习旧知识，导入复分解反应的实质。 首先请学生分析：下列四组溶液混合时，能否发生复分解反应，为什么？ ① NaOH ＋HCl ；② Na 2CO 3＋HCl ；③ NaCl+KNO 3；④ NaCl+AgNO 3 教师提出问题：为什么交换成分后有水、气体或沉淀生成就能发生复分解反应？为什么第三组中的两种物质之间不能发生复分解反应？能否从溶液中离子的构成这一角度思考这一问题？使学生在思考中，了解复分解反应的实质。 以第一组物质为例：反应前的溶质为NaOH 和HCl ，其离子的构成为：Na +、OH -、H +、Cl -；而反应后按照交换成分的规律，溶液中含有NaCl 和H 2O ，其离子的构成变为Na +和Cl -。这时学生不禁会产生疑问：溶液中的H +和OH -到哪里去了？引导学生思考这一过程：当氢氧化钠溶液与稀盐酸混合时，溶液中的氢离子与氢氧根离子结合成水分子，而钠离子和氯离子仍然存在于溶液中，形成氯化钠溶液，这一过程使溶液中离子的构成发生了变化，因此我们说氢氧化钠与盐酸反应生成了新物质——氯化钠和水。这一反应的实质就是氢离子与氢氧根离子结合成水分子，而使溶液的组成发生了变化，因此我们可以这样说，氢离子与氢氧根离子不能共存。 以第三组物质为例：反应前的溶质为NaCl 和KNO 3，其离子的构成为：Na +、Cl -、K +、NO 3-；而反应后按照交换成分的规律，溶液中含有NaNO 3和KCl ，其离子的构成还是Na +、Cl -、K +、NO 3-。由此看来，溶液在混合前后其组成没有发生变化，因此说NaCl 和KNO 3 不 从微观角度来看： 反应前后，溶液的组成改变
侯氏制碱法与索尔维制碱法（也叫做氨碱法与联碱法）的比较 一、氨碱法（又称索尔维法） 以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl 将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3 ＝Na2CO3＋H2O＋CO2含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]CaO＋H2O＝Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。 氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半—食盐成分里的钠离子（Na＋）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32－）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl－）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2＋）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。 二、联合制碱法（又称侯氏制碱法） 将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳—合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。其化学反应原理是：C＋H2O＝CO＋H2 CO＋H2O＝CO2＋H2 联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，
氨碱法纯碱生产的主要原料概述
氨碱法纯碱生产的主要原料概述 一、原盐（食盐） 1、原盐的物化性质及成份规格： 原盐是氨碱法纯碱生产的主要原料。原盐的主要成份为氯化钠，化学分子式为NaCL，纯氯化钠为无色等轴晶体，但是由于原盐是由许多晶体机和而成，晶体之间的缝隙中往往含有卤水或者空气，因而变成白色而且不透明体，同时又因含有泥沙等杂质，使原盐常呈现灰褐色，氯化钠晶体通常是正六面体。 （1）食盐的物化性质： 氯化钠的分子量 58.45 熔点 800℃ 沸点 1440℃ 20℃时比热 0.867(J/g℃) 25℃时密度 2.161t/m3 原盐中因为含有氯化镁等杂质，容易吸收空气中的水分而潮解。氯化钠易溶于水，其溶解热为——4.9KJ/mol，溶解过程为吸热反应，当制成饱和盐水时，可使溶液温度降低6℃多。氯化钠的溶解度随温度升高没有明显的变化，这一性质与绝大多数易溶物质溶解度随着温度升高而增加的性质不同，所以其水溶液（卤水）在冷冻工业中被用作载冷体。 （2）食盐的质量标准： 作为制碱工业的原料，要求原盐中的主要成份NaCL含量尽可能高，而泥沙及其他杂质，特别是钙、镁杂质越低越好。因为食盐中的氯化镁、硫酸镁、硫酸钙等杂质，在盐水精制、吸氨、碳化过程中，会生成炭酸镁、碳酸钙及其他
复盐等，使塔器与管道堵塞，这些杂质如不能在碳化以前清除掉，就会较多地混入纯碱中，使产品的品位降低，因此用于氨碱法的食盐一般需要符合以下标准： NaCL% ≥ 90%；水分% ≤ 4.2%；Mg2+% ≤0.8%；SO 4 2-%≤ 0.8%。 2、原盐的需要用量 氨碱法纯碱生产的全过程，可以归结为一个综合的化学反应方程式。即 CaCO 3+2NaCL= CaCL 2 +Na 2 CO 3 2×58.45 106 X 1000kg 按照上述反应方程式,可以计算出生产1t纯碱理论上所需要的氯化钠量 X=58.45×2×1000/106=1103kg 所求出的X 是指生产每吨纯碱(含Na 2CO 3 100%) 所需要的纯的氯化钠(折 NaCL100%) 的量。实际生产中,由于食盐中只有90%左右的氯化钠,而且又只能有70-75%的NaCL可以转化为Na2CO3, Na+离子至少损失27%以上，加之过程中跑、冒、滴、漏等各项损失，实际耗用食盐的量远远超过上述理论用量，这样使每生产1吨工业纯碱所需耗用的原盐实物量高达1.6—1.7t之多。氨碱法制碱的食盐消耗量是很大的，纯碱工业从来就是用盐大户，因此必须保证有大量、廉价的原盐供应，才能维持生产并在经济上获益。就其纯度而言，矿盐多数要比海盐为高，并可以采用注入高压水压裂地下化盐方法进行开采，得到接近饱和的卤水，节省设备和人力，降低成本。十分适用于由湿法精制盐水的氨碱法生产，不过要铺设卤水输送管道或久盐矿附近建厂均存在其他制约因素，而我国又以盛产海盐为主，尽管其质量不如矿盐，也仍然是氨碱厂原料的天然宝库，所以我国大多数碱厂是以海盐为原料，临海发展纯碱生产。
精锐教育学科教师辅导讲义 授课主题 侯式制碱法原理和简单流程 教学目的 侯氏制碱法在上海咼考中占有比较特殊的地位， 出现的几率较大；常考的知识点是侯氏制碱法 的原理、温度的选择、母液的成分、处理及与氨碱法的优劣比较，学生在温度的控制和母液的 处理上出现的错误几率较大。 教学内容 内容回顾 1. 【2013年上海高考6】与索尔维制碱法相比，侯德榜制碱法最突出的优点是（ ） A.原料利用率高 B .设备少 C ?循环利用的物质多 D ?原料易得 2. 【2012年上海高考八】碳酸氢铵是一种重要的铵盐。实验室中，将二氧化碳通入氨水可制得碳酸氢铵，用碳酸氢 铵和氯 化钠可制得纯碱。 完成下列填空： 41 .二氧化碳通入氨水的过程中， 先有 _________ 晶体（填写化学式）析出，然后晶体溶解，最后析出NHHCO 晶体。 3. 【2010年上海高考27】工业生产纯碱的工艺流程示意图如下： 完成下列填空： 1 ）粗盐水加入沉淀剂 A 、B 除杂质（沉淀剂 A 来源于石灰窑厂），写出 A B 的化学式。 A B 2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为： 取样、 、沉淀、 、 、冷却结晶、 、烘干。 3 ）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是 。碳酸化时没有 析出 碳酸钠晶体，其原因是 。 4 ）碳酸化后过滤，滤液 D 最主要的成分是 （填写化学式），检验这一成分的阴 离子的具体方法是： 。 5 ）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液 D 加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为： 滤液D 加石灰水前先要加热，原因是 ___________________________________________________________ 6 ）产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分 数可表示为： _____________________________________ （注明你的表达式中所用的有关符号的含义） 4. 【2005年上海高考五26 （ A ）】我国化学侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下： 学员编号: 学员姓名: 辅导科目：化学 课时数：3 学 科教师：
海水制碱第一课时教学设计 学习目标： 1.能说出工业制纯碱的原料，进一步树立元素守恒观。 2.认识氨碱法制纯碱的反应原理，能说出碳酸钠的主要用途。 3.了解侯德榜的事迹，激发爱国热情。 学习过程： 【情境引入】 1、展示一袋食用碱 问题：这袋食用碱是老师在厨房中找到的，你们家里有没有？ 师：那你知道它的成分和用途吗? 师：纯碱不只在生活中用途多，也是衡量一个国家化学工业发展水平的重要指标。图片展示：纯碱的工业用途 师：纯碱在工业上广泛应用于石油精炼，造纸，冶金，纺织印染，生产人造纤维、玻璃、洗涤剂等等，（随着图片的展示教师逐一说出纯碱的用途。）一个国家生产和使用纯碱的量，在一定的程度上反映了这个国家的工业水平。 过渡：这么重要物质，我们如何获得呢？有没有同学知道？ （引导学生联系前面学过冬天捞碱，夏天晒盐，猜测纯碱可以从碱湖中捞） 师：非常好，自然界中有一定量的纯碱。正如这位同学所说的，18世纪以前，纯碱都是取自于植物和碱湖碱矿。展示相关图。这是利用什么方法来来获取物质？（物理方法。） 师过渡：但是天然碱的含量远远不能满足工业生产的需要。怎么办呢？（可以想办法通过化学变化来制取） 师：太棒了，化学变化可以为我们制备所需的物质，那我们在工业上如何通过化学变化来制取纯碱的呢？相信通过今天的学习，你一定能找到答案，请阅读本节课的学习目标。（展示目标，学生读目标，教师板书课题，在碱旁标注明化学式） 【板书课题】第三节海水“制碱” 投影：本节课的学习目标。 【探究新知】 氨碱法制纯碱 （一）探究原料
（工业制纯碱需要哪些原料呢？） 从元素守恒的角度，我们要用化学方法制取纯碱，应该选用含哪些元素的物质呢？（钠、碳、氧） 师：你会选择哪种含钠元素的物质？理由是什么？ （氯化钠，因为海水晒盐可以得到大量的氯化钠，价格便宜，来源广簹。） 师：碳、氧元素可由哪种物质提供？ （二氧化碳） 师：工业上怎么制二氧化碳的？（高温锻烧石灰石） 很好，工业上，我们可以以食盐，二氧化碳为原料，以氨为媒介采用氨碱法生产纯碱。（二）了解流程和原理（观看微视频） 师：利用这些原料如何制得纯碱呢，一起看一段微视频，了解工业制纯碱的流程和原理。请先阅读学案上的问题，看视频时要边看边记边思考。请看大屏幕。 播放微视频：海水制纯碱探秘 视频看完了，请根据视频内容完成学案上的问题。 学生自主完成，小组内订正，师巡视。交流展示，师点拨。 1.将导学案上的流程图补充完整并根据提示写出反应原理。 提示：氨气、水、二氧化碳、食盐反应生成碳酸氢钠和氯化铵； 碳酸氢钠受热分解为碳酸钠、水、二氧化碳。 2.根据视频内容和课本71页最后一自然段，试着归纳碳酸氢钠有哪些性质和用途。 3.生产中要先向饱和的食盐水中通入氨气，制成饱和的氨盐水后，再通入二氧化碳。可以增加对二氧化碳的吸收，这是为什么呢？（提示：氨气溶于水形成氨水，可从食盐水和氨盐水的组成上分析） （食盐水由氯化钠和水组成，氨盐水由氯化钠、水和氨水组成，可能是氨水促进了对二氧化碳的吸收） 师：氨水为什么能促进对二氧化碳的吸收呢？ 师：氨水是哪类物质呢？ 师：现在有没有同学知道为什么氨水能促进对二氧化碳的吸收了？
课题3 纯碱的生产 [目标导航] 1.了解纯碱的生产及发展过程。2.了解天然碱的生产与化工生产之间的联系及生产纯碱技术的发展过程。 3．掌握路布兰法—索尔维法—联合制碱法(侯氏制碱)。 一、氨碱法生产纯碱 1．纯碱的存在和用途 (1)存在 一些生长于盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠，可以从植物的灰烬中提取。大量的碳酸钠主要来自一些地表碱湖。 (2)用途 碳酸钠，俗名纯碱，是一种重要的化学基本工业产品。很多工业都要用到碳酸钠，如玻璃、制皂、造纸、纺织和漂染等。碳酸钠作为原料还可以用于生产其他含钠的化合物；碳酸钠也被大量地应用于生活中。 2．路布兰制碱 原料：硫酸、食盐、石灰石、木炭； 缺点：原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等。 3．氨碱法生产纯碱 (1)原料：食盐、氨(来自炼焦副产品)和二氧化碳(来自碳酸钙)。 (2)主要反应原理(写方程式)： ①将CO 2通入含氨的饱和食盐水中：NH 3＋CO 2＋H 2O===NH 4HCO 3，NaCl ＋NH 4HCO 3===NaHCO 3↓＋NH 4Cl 。 ②碳酸钠的获取：2NaHCO 3=====△ Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑。 [议一议] 1．索尔维法生产纯碱的过程，经过了哪几个阶段，简述氨碱法的优缺点。 答案 索尔维法制碱的主要过程可分为以下几个阶段： (1)盐水的精制：在配制的饱和食盐水中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水中的Mg 2＋ 和Ca 2 ＋ 。 (2)盐水氨化：在精制盐水中，通入氨气制成氨盐水。 (3)氨盐水碳酸化：使氨盐水吸收二氧化碳，生成碳酸氢钠和氯化铵。
NaCl ＋NH 3＋CO 2＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl (4)碳酸氢钠的转化：滤出碳酸氢钠后煅烧得到纯碱，同时回收二氧化碳再利用。 2NaHCO 3=====△ Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑ (5)氨的循环：将氯化铵加石灰乳分解，回收氨循环利用。 2NH 4Cl ＋Ca(OH)2=====△ 2NH 3↑＋CaCl 2＋2H 2O 氨碱法生产纯碱的优缺点： (1)优点：氨碱法生产纯碱具有原料(食盐和石灰石)价廉易得、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可循环使用、制造步骤简单、生产过程连续且规模大等。 (2)缺点：大量CaCl 2用途不大，NaCl 利用率只有70%，约30%的NaCl 留在母液中。 2．根据氨碱法的原理，首先配制氨化饱和食盐水，即向饱和食盐水中加入氨水(体积比1∶1)并充分搅拌；再将二氧化碳通入氨化饱和食盐水中，控制一定的温度，直至有碳酸氢钠析出。 请思考回答下列问题 (1)在析出NaHCO 3的过程中涉及哪些化学平衡？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (2)向饱和食盐水中加入氨水和通入二氧化碳的先后顺序是先加氨水后通二氧化碳。是否可以先通二氧化碳后加氨水？为什么？_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)NH 3＋H 2O NH 3·H 2O NH ＋4＋OH － ，CO 2＋H 2O H 2CO 3H ＋＋HCO － 3， H ＋ 与OH － 中和生成水，使上述两个平衡向右移动，NH ＋ 4，HCO － 3浓度增大，HCO － 3和Na ＋ 浓度的乘积超过NaHCO 3的溶度积，析出NaHCO 3晶体，Na ＋ (aq)＋HCO － 3(aq) NaHCO 3(s) (2)不可以。在常温下，氨在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能产生很小浓度的HCO － 3，不利于生成NaHCO 3沉淀 二、联合制碱法 联合制碱法，即将氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺。 1．原料 原料为食盐、氨气和CO 2，其中氨气和CO 2来自于合成氨。 2．反应原理 联合制碱法的主要反应化学方程式是NaCl ＋NH 3＋CO 2＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl ，2NaHCO 3=====△ Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑。 [议一议] 简述联合制碱法的过程，获取副产品NH 4Cl 晶体的方法是什么？主要优点有哪些？ 答案 (1)盐水精制：加入熟石灰和纯碱除去Ca 2＋ 、Mg 2＋ 。
氨碱法制取纯碱与侯氏制碱法 2008-10-13 15:17 索尔维制碱法与侯氏制碱法（也叫做氨碱法与联碱法） 郭永斌发表于 2006-8-10 19:15:28 无水碳酸钠，俗名纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料，还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。 一、氨碱法（又称索尔维法） 它是比利时工程师苏尔维（1838～1922）于1892年发明的纯碱制法。他以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl 将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO＋H2O＝ Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子（Na＋）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32－）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl－）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2＋）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。 二、联合制碱法（又称侯氏制碱法） 它是我国化学工程专家侯德榜（1890～1974）于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。其化学反应原理是：C＋H2O＝CO＋H2 CO＋H2O＝CO2＋H2 联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加
【纯碱工业】 索尔维制碱法与侯氏制碱法（也叫做氨碱法与联碱法） 氨碱法：先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2→NaHCO3↓＋NH4Cl 将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3???→ 煅烧Na 2CO3＋H2O＋CO2↑放出的CO2气体可回收循环使用。含有NH4Cl的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的NH3可回收循环使用。CaO＋H2O→Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。 但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半—食盐成分里的Na＋和石灰石成分里的CO32 －结合成了Na 2CO3，可是食盐的另一成分Cl －和石灰石的另一成分Ca2＋却结合成了没有多大用途的CaCl 2，因此如何处理CaCl2成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着CaCl2溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。 联合制碱法（又称侯氏制碱法）：它是我国化学工程专家侯德榜（1890～1974）于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳（合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气，其化学反应原理是：C＋H2O→CO＋H2 CO＋H2O→CO2＋H2） 联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。
氨碱法纯碱生产的主要原料概述 一、原盐（食盐） 1、原盐的物化性质及成份规格： 原盐是氨碱法纯碱生产的主要原料。原盐的主要成份为氯化钠，化学分子式为NaCL，纯氯化钠为无色等轴晶体，但是由于原盐是由许多晶体机和而成，晶体之间的缝隙中往往含有卤水或者空气，因而变成白色而且不透明体，同时又因含有泥沙等杂质，使原盐常呈现灰褐色，氯化钠晶体通常是正六面体。 （1）食盐的物化性质： 氯化钠的分子量 58.45 熔点 800℃ 沸点 1440℃ 20℃时比热 0.867(J/g℃) 25℃时密度 2.161t/m3 原盐中因为含有氯化镁等杂质，容易吸收空气中的水分而潮解。氯化钠易溶于水，其溶解热为——4.9KJ/mol，溶解过程为吸热反应，当制成饱和盐水时，可使溶液温度降低6℃多。氯化钠的溶解度随温度升高没有明显的变化，这一性质与绝大多数易溶物质溶解度随着温度升高而增加的性质不同，所以其水溶液（卤水）在冷冻工业中被用作载冷体。 （2）食盐的质量标准： 作为制碱工业的原料，要求原盐中的主要成份NaCL含量尽可能高，而泥沙及其他杂质，特别是钙、镁杂质越低越好。因为食盐中的氯化镁、硫酸镁、硫酸钙等杂质，在盐水精制、吸氨、碳化过程中，会生成炭酸镁、碳酸钙及其他复盐等，使塔器与管道堵塞，这些杂质如不能在碳化以前清除掉，就会较多地混入纯碱中，使产品的品位降低，因此用于氨碱法的食盐一般需要符合以下标准： NaCL% ≥ 90%；水分% ≤ 4.2%；Mg2+% ≤0.8%；SO42-%≤ 0.8%。 2、原盐的需要用量 氨碱法纯碱生产的全过程，可以归结为一个综合的化学反应方程式。即 CaCO3+2NaCL= CaCL2 +Na2CO3 2×58.45 106 X 1000kg 按照上述反应方程式,可以计算出生产1t纯碱理论上所需要的氯化钠量
第二章氨碱法纯碱生产工艺概述 第一节氨碱法基本生产原理及总流程简述 一、氨碱法生产纯碱的特点及总流程 氨碱法生产纯碱的技术成熟，设备基本定型，原料易得，价格低廉，过程中的NH3循环使用，损失较少。能大规模连续化生产，机械化自动化程度高，产品的质量好，纯度高。 该法的突出缺点是：原料利用率低，主要是指NaCl的利用率低，废渣排放量大。严重污染环境，厂址选择有很大局限性，石灰制备和氨回收系统设备庞大，能耗较高，流程较长。 针对上述不足和合成氨厂副产CO2的特点，提出了氨碱两大生产系统组成同一条连续的生产线，用NaCl，NH3和CO2同时生产出纯碱和氯化铵两种产品——即联碱法。 氨碱法生产纯碱的总流程见图5-19。 二、氨碱法制纯碱的生产工艺流程 1、氨碱法生产纯碱的流程示意如图5-1所示。其过程大致如下：
2、氨碱法纯碱生产工艺流程框图： 3、氨碱法纯碱生产工序的基本划分： (1)石灰工序:CO 2和石灰乳的制备，石灰石经煅烧制得石灰和CO 2，石灰经消化得石灰乳； (2)盐水工序:盐水的制备和精制； (3)蒸吸工序: 盐水氨化制氨盐水及母液中氨的蒸发与回收； 原盐 石灰石 无烟煤 CO 2 NH 3 废液 重质纯碱 轻质纯碱 盐水精制 盐水吸氨 氨盐水碳化 石灰煅烧 石灰乳制备 母液蒸馏 重碱过滤 重碱煅烧 水合
(4)碳滤工序: 氨盐水碳化制得重碱及其重碱过滤和洗涤； (5)煅烧工序:重碱煅烧得纯碱成品及CO2；和重质纯碱的生产； (6)CO2压缩工序:窑气CO2、炉气CO2的压缩工碳酸化制碱。 三、氨碱法纯碱生产原理及工艺流程叙述 氨碱法生产纯碱的原料是食盐和石灰石，燃料为焦炭(煤)。氨作为催化剂在系统中循环使用。原料盐(海盐、岩盐、天然盐水)经精制吸氨、碳化、结晶、过滤，再煅烧即为成品。母液经石灰乳中和后，氨蒸发并回收使用，氯化钙则排放。其化学反应为： 氨碱法具有原料来源丰富和方便，生产过程均在气液相间进行，可以大规模连续化生产及产品质量好、成本低等优点。但排出的氯化钙(CaCl2)废渣没有应用出路，造成大量堆积。因此，该生产方法在厂址选择方面相对较为苛求，否则引起公害。另外盐的总利用率低(<30%)，工艺流程较长且复杂。 （1）、氨碱法纯碱生产的基本原理及总流程叙述：氨碱法是当今世界大规模制造纯碱的工业方法之一。是以食盐、石灰石为主要原料，以氨作为中间辅助材料制取纯碱。总的化学反应方程式为：CaCO3+2NaCL=Na2CO3+CaCL2 这个化学反应实际上是不能直接进行的，它只是一系列中间反应的总和。这个反应的实际过程是由右向左进行的，因此要实现由左至右的反应，就必须通过复杂的中间途径，还必须导入氨，在系统中不断循环再用，这就使得氨碱法制碱成为一种很复杂的化学反应过程，其全过程需范围若干个步骤，各主要步骤及其主要化学反应如下： 1、石灰石煅烧以制取CO2及生石灰 CaCO3（s）===CaO（s）+CO2（g）—178.27KJ/mol 燃料中的碳在空气流中燃烧生成CO2并放热 C（s）+O2=CO2（g）+395.4KJ/mol 氧化钙（生石灰）消化制成熟石灰 CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2(s)+65.65KJ/mol 2、饱和盐水吸氨、碳酸化制成NaHCO3，叫做重碳酸钠（碳酸氢钠），或简称重碱。综合反应如下所示： NaCL（aq）+NH3（g）+CO2（g）+H2O（l）=NH4CL（aq）+NaHCO3（s）+114.5KJ/mol 或分布反应如下：
纯碱碳化过程的DCS控制方案 纯碱生产的方法主要有三种：天然碱加工、氨碱法、联合制碱法（侯氏制碱法）。而氨碱法（即索尔维制碱）是当今世界大规模制造纯碱的通用工业方法之一其生产工艺经过百多年的生产实践考验，工艺包的技术成熟，稳定可靠。 一.氨碱法纯碱生产流程概述： 氨碱法是一种复杂的化学制造工艺，它主要包括一系列的化工单元操作，共 分九个工序：盐水精制工序、盐水吸氨工序、碳化工序、过滤工序、蒸馏工序、压缩工序、石灰工序、煅烧工序、包装工序。氨碱法生产纯碱的主要原料：石灰石、食盐、焦碳、氨等。 氨碱法生产工艺流程： 首先用水将原盐溶解制成饱和粗盐水，再用石灰—纯碱法除去杂质得精盐水。 精盐水吸氨得氨盐水，冷却在吸收塔内与由蒸馏塔蒸出的氨逆流吸收制成氨盐水，冷却后氨盐水在碳化塔内与二氧化碳作用生成碳酸氢钠，带有结晶的悬浮液由塔低压出，经出碱液槽送往真空过滤机分离出重碱。 过滤得到的NaHCO3滤饼在煅烧工序经加热分解，制得轻质纯碱和炉气，轻质 纯碱通过运输设备送往水合机，采用固相水合法或液相水合法制得重质纯碱， 经干燥、包装得商品重质纯碱（重灰）；轻质纯碱经凉碱塔冷却，包装即为商 品轻质纯碱（轻灰）。 分解过程逸出的二氧化碳经分离、冷却、净化后，由压缩机抽吸和压缩返回碳化过程。 由真空过滤机抽出的过滤母液，被送往蒸馏塔与由石灰石煅烧分解和消化 所得的石灰乳兑和反应蒸出氨，返回吸收塔循环使用。 蒸馏废液则排入渣场。 石灰石用焦炭在石灰窑内煅烧制得生石灰，再通过化灰机与水反应制成石灰乳，分别送至蒸馏工序和盐水工序使用。 石灰窑产生含40%CO2的窑气与煅烧炉产生的含80%以上CO2的炉气通过压缩机 送碳化工序使用。 二系统配制 1系统配制图
实验三：模拟氨碱法制纯碱 一、实验目的 1、了解氨碱法制纯碱的化学反应原理 2、模拟练习氨碱法制纯碱的操作方法 3、增强将化学知识应用与生活实践的意识，提高参与化学科技活动的热情，强化对化 学学习的学习兴趣 二、中学教学中存在的问题 1、实验操作步骤复杂繁琐，实验耗时长 2、教学资源的短缺，学生不能亲自操作实验 3、不能把握对氨的通入率，过多减低氨的利用率，过少饱和食盐水分解不够完全 三、实验原理 氨碱法（又称索尔维法） 以食盐（氯化钠）、石灰石（经过高温煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl 将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO＋H2O＝Ca(OH)2，2NH4Cl ＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 四、实验任务 1、查阅文献，了解氨碱法制取纯碱的实验装置和工作原理 2、对比联合制碱法，改进实验装置，采取实际可行的实验方案，减少实验原料的应用 3、结合本实验室的实验情况与本人情况，控制反应的条件。 4、明确本实验的注意事项与成功关键 五、影响实验的因素及影响规律 1、反应的温度控制：在30～40°C下通入氨气形成氨盐水，后加入二氧化碳形成碳酸 氢钠，温度过高会使碳酸氢钠分解，过低反应速率低 2、溶液达到饱和态，降温到10°C以下，因为氯化铵的溶解度比氯化钠小，析出晶体 氯化铵，是一种化肥，节约药品 3、氯化钠6g（0.1mol）、氨水4g(NH30.1mol)、碳酸钙10g(CO20.1mol),盐酸约0.2mol 六、实验设计过程 1、本实验采取盐酸与石灰石反应生成0.1molCO2,加热浓氨水收集0.1mol氨气，加入食 盐水，水浴控制反应温度，使之反应充分，节约药品 2、仪器选择与装置的思考：本实验选用带有三个导管口的集气瓶作为反应装置，装有 冰水的大烧杯（便于控制反应温度），用分液漏斗和圆底烧瓶以及集气瓶制取并收 集二氧化碳。 七、药品物理参数
第三节海水“制碱”——氨碱法制取纯碱 【学习目标】： 1、通过对氨碱法制碱原理的分析，树立元素守恒观, 形成人类从自然界中获取所需物质的思维； 2、能够记住制碱流程，会写反应原理方程式。 3、通过了解侯德榜的事迹，激发爱国热情，树立正确的科学观和人生价值观 4、知道纯碱在日常生活和工农业生产中的应用 【学习重难点】：氨碱法制纯碱的原理 【学习过程】 1、纯碱的制取 ⑴、原料：、，以。 ⑵、工艺流程： 饱和食盐水———饱和氨盐水———NaHCO3———Na2CO3 先向饱和食盐水中通入，制成饱和氨盐水，在加压并不断通入的条件下，使NaHCO3 晶体析出，过滤后将NaHCO3 加热分解即得纯碱。 ⑶、反应原理：； 。 ⑷、优缺点： 优点： 缺点： 2、纯碱的用途 纯碱在化学工业中的用途极广，如、、、等均需要大量的纯碱，纯碱还广泛应用于、、、等领域。 3、碳酸氢钠 ⑴碳酸氢钠是的主要成分，又称，化学式为。 ⑵碳酸氢钠是一种色晶体，溶于水，受热易分解，化学方程式为。 ⑶碳酸氢钠在生产和生活中有许多重要用途，你都知道哪一些？ 【当堂检测】： 1、实验室用食盐制纯碱的操作步骤是：（1）向浓氨水中加入足量食盐晶体制取饱和氨盐水；
（2）向饱和氨盐水中通入足量的二氧化碳气体至有大量晶体析出；（3）将操作（2）中产生的晶体过滤出来；（4）将滤纸上的晶体转移至坩埚中，加热至不再有水蒸气产生，所得固体即为碳酸钠。对上述信息的有关理解中，正确的是（） A．用食盐制纯碱还需要含碳元素的物质B．食盐水比氨盐水更易吸收二氧化碳 C．室温下碳酸氢钠的溶解度比氯化铵的溶解度小，所以先结晶析出 D．在氨盐水中如果没有未溶解的食盐晶体存在，说明溶液一定不饱和 2、利用海水制碱，是因为海水中含有大量的（） A.CaCl2 B. MgCl2 C.NaCl D.ZnCl2 3、下列不属于氨碱法制纯碱所需的原料是（） A .二氧化碳 B .氯化钠 C. 氢氧化钠 D .水 4、下列科学家中，为我国化学工业做出重大贡献的是（） A．邓稼先B．李四光C．华罗庚D．侯德榜． 5、工业上采用氨碱法生产纯碱的的工艺是先向饱和食盐水中通入较多NH3（溶液显碱性），再通入足量的CO2的原因是（） A.使CO2更易被吸收 B.NH3比CO2更易制取 C.CO2的密度比NH3大 D.为了增大NaHCO3的溶解度 6、除去混在碳酸钠中的少量碳酸氢钠的方法是（）。 A．加热B．加NaOH溶液 C．加盐酸D．加CaCl2溶液 【能力提高】我国化工专家侯德榜发明的“侯氏制碱法”的基本原理是：在浓氨水中通入足量的CO2，然后在此溶液中加入细小的食盐粉末，由于NaHCO3 在该状态下溶解度很小，呈晶体析出，同时由于NaHCO3 不稳定，加热后分解。根据以上叙述回答下列问题： ⑴用上述方法进行生产时，所用的起始原料是 （填化学式），最终产品是。 ⑵有关反应的化学方程式为 、 。 ⑶有人认为侯氏制碱法的优点有四：A、生产过程中部分产品可选为起始原料使用；B 副产品是一种可利用的氮肥；C反应不需要加热；D副产品不会造成环境污染，你认为其中正确的是（用代号回答）。
纯碱生产工艺简介 纯碱生产工艺主要分天然碱法和合成碱法，而合成碱法又分氨碱法和联碱法。 1.天然碱 目前全世界发现天然碱矿的仅有美国、中国、土耳其、肯尼亚等少数国家，其中以美国的绿河天然碱矿最有名。绿河地区的天然碱矿床,有４2个含倍半碳酸钠的矿层。已知矿层厚度在1.2m以上(最厚达11m),含矿面积在6７0kｍ２（最大达2００7ｋm2）的有25层,位于地表以下1９8～914m,，计算倍半碳酸钠(Na2CO3.NaHＣO３．2Ｈ2O)储量为613亿t,即使全世界所有碱厂全部停产,美国天然碱也可供世界1３００年纯碱用量。绿河地区各公司主要采用机械化开采。地面加工装置,主要采用一水碱流程生产重质纯碱。美国各天然碱厂目前的市场运作方法是:国内,各厂进行有序竞争;国外出口,各厂联合,成立一个专营出口的组织“ＡNSAC”(美国天然碱公司), 美国天然碱不但质量好,而且生产成本仅为60美元/吨左右，远低于我国合成纯碱成本90美元/吨－100美元/吨左右，因此它具有很强的竞争力。 而位于河南省桐柏县的天然碱矿,总储量达1.５亿吨，远景储量3亿~５亿吨,占全国天然碱储量的80%,位居亚洲第一、世界第二位。内蒙古伊化集团在桐柏建立了以天然碱为主的化工园区,其优质的低盐重质纯碱设计年产量达１００万吨。 天然碱生产工艺主要有三种：
a. 倍半碱流程 矿石开采-溶解-澄清除去杂质－循环母液-三效真空结晶-240度煅烧 b. 卤水碳化流程 天然卤水－碳化塔碳化为重碱－干燥-煅烧为粗碱-用硝酸钠在155度漂白－煅烧，煅烧用二氧化碳由自备电厂提供 c. 一水碱流程 矿石开采-破碎到7厘米以下-２00度停留30分钟-粗碱-溶解、澄清-三效真空结晶-240度煅烧 天然碱法的主要优点是： a.成本低，每吨约６０美元左右,而合成碱为９0-１0０美元， 完全可以抵消运输成本。 b.质量方面盐分非常低,往往小于0.10％,产品粒度也非常好。 缺点是因为倍半碱矿容易和芒硝矿共生，产品中硫酸根含量比氨碱法要高,但现在用户对硫酸根的要求基本不高，所以这个缺点影响不大。 2.氨碱法(索尔维法) 我公司使用的就是氨碱法，中国的大碱厂中，潍坊、唐山、连云港,大化和天碱的一部分，青海，吉兰泰都是采用氨碱法。 a.氨碱法主要优点是产品质量好,可以生产低盐碱,硫酸盐的含 量也非常低。缺点是：a．有石灰和蒸馏工序，原材料消耗高， 原盐的利用率低,而氨碱法只能达到73-76%（就是转化率），
海水制碱——氨碱法 制纯碱
2009年烟台市优质课评选参评教学设计 §2.3海水“制碱” ——氨碱法制纯碱 牟平区观水镇第一初级中学 陈健
海水制碱 课题：海水“制碱”（第一课时） 教学目标：1、了解氨碱法制纯碱的原料和步骤 2、知道氨碱法制纯碱的化学反应原理 3、了解纯碱在日常生活和工农业生产中的应用 4、通过了解侯德榜的事迹，激发爱国热情，树立正确的科学观和人生价 值观。 教学重点：氨碱法制纯碱的化学反应原理 教学难点：树立元素守恒观 教学过程： 一、组织教学：师生问好！ 二、情境创设： 很高兴有机会跟同学们一起合作交流！ 首先我们来观察一个小实验，请同学们仔细观察思考： 小烧杯中有一支燃着的蜡烛，这是一种白色粉末，这是稀盐酸…… 咦？是什么使蜡烛熄灭了？它来自哪儿？你猜测一下，这种白色粉末是什么？ 谁想起来说说？……大家都认同吗？……你来说说…… 我再为大家提供几条该物质的关键词： 【多媒体出示】 加工面条经常会用到它，它不是食盐，却与食盐有着千丝万缕的关系；
做馒头发酵面团时产生乳酸, 加入它不仅可以去除酸味还可以使馒头松软可口； 叫碱不是碱； 它到底是什么呢？ 是的，它就是碳酸钠！ 三、新知探究： （一）纯碱的用途： 碳酸钠，俗称纯碱，又称苏打。在化学工业中用途很多！下面我们来赛一赛，看谁记得多又快： 【多媒体出示】一分钟速记。 纯碱被誉为“化工之母”，工业生产需求量极大，自然界中存有量却很少。 虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠，但远远不能满足日益增长的工业生产的需要。 请你想一想，用什么方法能制得纯碱呢？（稍停顿） 海水中蕴含着大量的氯化钠，能否用氯化钠为原料制取碳酸钠呢？ 【板书】：NaCl→Na2CO3 想一想，需要补充哪些元素？可由哪些原料提供？（可以讨论一下） 谁想起来说说？（C、O——CO2） 【小实验】向饱和的食盐水中吹CO2 【提问】你看到有什么现象呢？ 【演示实验】向饱和的食盐水中通入氨气，然后通入二氧化碳. 【提问】你看到了什么？氨气在这里起什么作用呢？工业上需要大量二氧化碳如何制取呢？
氨碱法纯碱生产工艺 概述
第二章氨碱法纯碱生产工艺概述 第一节氨碱法基本生产原理及总流程简述 一、氨碱法生产纯碱的特点及总流程 氨碱法生产纯碱的技术成熟，设备基本定型，原料易得，价格低廉，过程中的NH3循环使用，损失较少。能大规模连续化生产，机械化自动化程度高，产品的质量好，纯度高。 该法的突出缺点是：原料利用率低，主要是指NaCl的利用率低，废渣排放量大。严重污染环境，厂址选择有很大局限性，石灰制备和氨回收系统设备庞大，能耗较高，流程较长。 针对上述不足和合成氨厂副产CO2的特点，提出了氨碱两大生产系统组成同一条连续的生产线，用NaCl，NH3和CO2同时生产出纯碱和氯化铵两种产品——即联碱法。 氨碱法生产纯碱的总流程见图5-19。
二、氨碱法制纯碱的生产工艺流程 1、氨碱法生产纯碱的流程示意如图5-1所示。其过程大致如下： 2、氨碱法纯碱生产工艺流程框图：
3、氨碱法纯碱生产工序的基本划分： (1)石灰工序:CO2和石灰乳的制备，石灰石经煅烧制得石灰和CO2，石灰经消化得石灰乳； (2)盐水工序:盐水的制备和精制； (3)蒸吸工序: 盐水氨化制氨盐水及母液中氨的蒸发与回收； (4)碳滤工序: 氨盐水碳化制得重碱及其重碱过滤和洗涤； (5)煅烧工序:重碱煅烧得纯碱成品及CO2；和重质纯碱的生产； (6)CO2压缩工序:窑气CO2、炉气CO2的压缩工碳酸化制碱。 三、氨碱法纯碱生产原理及工艺流程叙述 氨碱法生产纯碱的原料是食盐和石灰石，燃料为焦炭(煤)。氨作为催化剂在系统中循环使用。原料盐(海盐、岩盐、天然盐水)经精制吸氨、碳化、结晶、