技术讨论
降低联碱法纯碱产品盐份的探讨
王 全
(化工部大连化工研究设计院 大连 116023)
摘要:分析了国内联碱法生产的纯碱产品盐份高于氨碱法的原因,提出了降低联碱法纯碱盐份的措施,介绍了重碱晶浆稠厚过滤工艺。
主题词:联碱法 产品质量 稠厚过滤
文章〔1〕提及纯碱产品化学组成中的主杂质NaCl含量与生产过程的碳化、过滤有关,并统计了近年我国氨碱法工厂和联合制碱法工厂纯碱产品的杂质含量,其中氨碱法纯碱产品的NaCl含量为015%～016%,联合制碱法高于氨碱法,为016%～018%,加上联合制碱法纯碱产品的杂质水不溶物亦高于氨碱法,已经开始危及部分联碱法纯碱销售。本文旨在向联合制碱工厂的经营决策者推荐重碱晶浆稠厚工艺,改进现行的重碱过滤操作,降低盐份,提高纯碱产品质量,以积极的姿态参与市场竞争。
1 重碱结晶及分离特点
与其它从盐类混合物中析出某单一盐类结晶的过程一样,欲提高该单一盐类结晶产品的纯度或降低其它盐类杂质的残留量,通常的办法首先是改进结晶过程和设备,制造出颗粒粗大和分离、洗涤性能好的结晶产品;二要改善结晶悬浮液的分离和洗涤过程,降低杂质的残留量。
传统的合成纯碱,包括氨碱法和联合制碱法纯碱生产的碳酸化重碱(碳酸氢钠)结晶过程所制得的重碱结晶以及重碱悬浮液的过滤具有以下特征:
111 母液残留造成纯碱含盐
按照制碱化学反应
NaCl+N H3+CO2+H2O=NaHCO3↓+N H4Cl 以及纯碱生产碳酸化过程的相图分析,反应完成物中的N H4Cl和NaCl均呈溶液状态,以总氯TCl表示的氯离子(N H4Cl+NaCl)浓度,氨碱法为97～98tt(4.85～4.90mol/l),联合制碱法为113～114tt(5.65～5.70mol/l),由于实际生产真空过滤机的转鼓上加洗水置换重碱滤饼中母液的洗涤过程不可能进行得十分完全,即分离后的重碱半成品中必然含有少量残留母液,便造成了重碱含氯,于是在煅烧炉中:
N H4Cl+NaHCO3→
NaCl+N H3↑+CO2↑+H2O↑;
NaCl(l)→NaCl(s)
重碱中的氯化物全部以固态NaCl的形式参杂于纯碱产品之中。
112 结晶细小,分离和洗涤性能差
主要是经典的索尔维制碱理论权威性的束缚,时至一百三十余年后的今天,氨碱法和联合制碱法的碳酸化重碱结晶过程仍然在传统的索尔维碳化塔中进行。对于碳酸化重碱结晶过程而言,索尔维制碱理论显得陈旧和不足,甚至有误之处,而索尔维碳化塔则至少也是一种很不理想的重碱结晶设备〔2,3,4〕,所以制得的重碱结晶粒度细小,不均匀,小结晶较多,氨碱法生产的重碱结晶平均粒径为80～90μm,联合制碱
法为90～110μm;而且晶形较差,很不规则,尤其是细小结晶和碎晶,几乎无规整的结晶表面,因而分离和洗涤性能较差。
11211 真空过滤机的分离效果差
由于结晶细小,且晶形差,很难直接采用连续推料离心机分离,即使二次分离工艺,将真空过滤机刮下的重碱滤饼再送进连续推料离心机进行第二次分离,也必须使用价格昂贵的三级推料离心机〔5〕。
几乎所有的合成纯碱工厂都使用真空过滤机分离重碱结晶悬浮液。由于真空过滤的推动力相对较小,固液分离效果较差,重碱滤饼的含湿较高,氨碱法生产粗重碱的水份为14%～18%,联合制碱法生产为16%～20%。如前所述,洗水置换滤饼中母液的过程进行得不完全,所以总体而言重碱滤饼中的水实质上是洗水和残留母液的混合物,重碱水份越高,残留母液量越多,含氯越高。氨碱法生产粗重碱中的残留母液约01018～01021m3出碱液/t,联合制碱法生产为0.018～0.024m3取出液/t。
11212 重碱滤饼的洗涤效果差
图1 洗水置换滤饼中母液示意图
如图1所示,真空过滤机转鼓上形成的重碱滤饼,结晶颗粒之间的排列有一定的空隙,组成了无数根纵横交错的毛细管,洗水加于滤饼表面并被抽吸进入滤饼内部,在毛细管中渗透,滞缓流动并置换其中的母液,最后穿透滤饼进入转鼓内腔被真空系统抽走。开始时被置换出的是母液,随着过程进行,由于发生洗水和母液的混合以及分子扩散作用,而后离开滤饼层的是母液和洗水的混合物(滤液),总的趋势是滤液中的氯根降低,表明重碱滤饼中的母液残留量减少,氯化物含量降低。
重碱结晶颗粒在滤饼中的排列是不规则的,况且结晶粒度大小和晶形参差不齐,表面粗糙,凹凸不平,使得上述毛细管的排列杂乱无章,滤饼的透气、透水性较差,影响了真空抽吸和洗水对滤饼中母液的置换效果,尤其在结晶的凹面处,以及滤饼中无数个结晶受挤紧密排列时难免形成的“死眼”,洗水更难以置换其中的母液,也难以与其混合,仅能靠分子扩散缓慢降低浓度。所以说现行生产真空过滤机上洗水置换滤饼中母液的过程是不完全的,洗涤效果较差。
113 强化洗涤的限制
众所周知,在重碱过滤操作中加大洗水量可以降低粗重碱中的氯化物含量,降低纯碱产品盐份,这是由于洗水量加大后,洗水在滤饼毛细管中的流速增大,提高了洗水置换其中母液的速率,而且增强了洗水和母液的混合以及分子扩散作用,减少了重碱滤饼中的母液残留量,从而降低了粗重碱中的氯化物含量。
国内氨碱法生产重碱过滤的洗水当量在016～017m3/t,联合制碱法生产约0175m3/t。据介绍国外某些氨碱厂为追求生产低盐纯碱,在改进真空过滤机及其操作的同时,将洗水当量提高到110m3/t,纯碱产品盐分可降低到013%,甚至更低〔6〕。
加大洗水量,强化滤饼洗涤可以降低纯碱盐分,提高产品质量,但在现行的合成纯碱生产工艺和操作条件下都将受到限制。
氨碱法生产增加重碱过滤的洗水当量,若不能对增加的部分淡滤液(含氯较低的洗水)作
合理的回收处理,则将比较显著的增大母液蒸馏工序的蒸汽消耗。
联合制碱法生产由于系统母液封闭循环,目前生产重碱过滤的洗水当量750kg/t,已在系统母液平衡的上限操作,或已达到母液膨胀的边缘〔7、8〕。加大洗水当量必造成系统母液膨胀,即使抽出部分淡滤液,也必须增设淡母液的蒸馏装置,这在技术经济上是不合理的。2 联碱法盐份高于氨碱法原因分析
自1964年我国联合制碱法首次实现工业化生产以来,纯碱产品的盐份始终比氨碱法生产高。表1列出了联合制碱法和氨碱法生产碳化塔取出的重碱结晶悬浮液(重碱晶浆)和真空过滤的有关数据〔9、10、11〕。
表1
生产方法
重碱悬浮液
结晶平
均粒径
μm
固液比
视Ⅴ%
液相总
氯浓度
tt
洗水当量
m3/t
重 碱
滤饼厚度
mm
水份
%
纯碱盐份
%
联合制碱法90～11025113.50.7511.2(吸碱区45°)
2218(吸碱区73°)16
～20016～018
氨碱法80～9045971501652815
(吸碱区45°)14～18015～016
氨碱法生产碳化过程的重碱析出量大,碳酸氢钠晶浆浓度高,二次晶核发生量大以及氨碱法碳化塔的生产强度高等原因,制得的重碱结晶粒度较小,平均粒径一般在80～90μm,而联合制碱法为90～110μm,大10～20μm。按照一般的液固分离概念,联合制碱法生产的重碱晶浆经相同条件下的真空过滤后,粗重碱的水份,或者在相同洗涤条件下的粗重碱含氯应比氨碱法生产低一些,但实际生产的结果却相反,联合制碱法粗重碱水份比氨碱法高,在较大的洗水当量条件下,纯碱产品的盐份却高出氨碱法011%～012%。
211 联碱法重碱滤饼薄
如图1所示的洗水置换重碱滤饼中母液的过程,随着洗水由滤饼表面向滤饼内部推进,由于前述的混合和扩散作用,洗水中的氯化物含量逐渐增加,而且越向转鼓方向深入,洗水中的氯根越高,滤饼中的氯化物含量越高,也由于真空过滤过程中,滤饼的内部比表面层压得更实的缘故,洗水置换母液更困难,所以,贴近滤布(网)的滤饼中,洗水的氯根最高,母液的残留量最大,重碱滤饼中的氯化物含量也就最高。
实际生产中,从真空过滤机上刮下的粗重碱以NaCl计的氯化物的测定值是里、外层滤饼混合后的平均数。所以,联合制碱法生产由于重碱滤饼薄,刮下的粗重碱中含氯高的里层滤饼所占的比例大,粗重碱的氯化物含量就高;相反,氨碱法生产重碱滤饼厚,刮下的粗重碱中含氯低的外、中层滤饼的比例大,因而粗重碱的氯化物含量低。
氨碱法生产碳化过程析出约73tt的碳酸氢钠,出碱液中结晶的视体积固液比(俗称沉淀量)约45%,而联合制碱法生产的碳化过程仅析出40～45tt的碳酸氢钠,取出液中结晶的视体积固液比为25%左右,所以在相同的真空过滤机,相同的操作条件以及相同的过滤速度(单位时间单位面积通过的母液量)下向过滤介质上沉积的重碱结晶量少,即联合制碱法生产真空过滤机上重碱滤饼形成速度低,一般为1mm/s,而氨碱法生产则>2mm/s,因而,联合制碱法生产的滤饼较薄,在过滤机的吸碱区45°时,滤饼厚度仅为1112mm,吸碱区扩大到73°时,滤饼厚度才达到2218mm,而氨碱法生产的重碱滤饼较厚,在吸碱区45°时滤饼厚度
就达到2815mm〔9〕。
在确定的洗水当量下,增大重碱滤饼厚度,无疑也可以提高洗水置换滤饼中母液的速率,增强洗水和母液的混合以及分子扩散作用,强化洗涤,降低粗重碱中氯化物的含量。
可以认为联合制碱法纯碱产品盐份比氨碱法高的主要原因是联合制碱法生产重碱滤饼比较薄,并且可以通过重碱结晶悬浮液增稠的措施增大过滤机上的滤饼厚度,降低粗重碱的氯化物浓度,降低纯碱产品的盐含量。
212 联碱法母液氯根高
重碱滤饼中少量母液的残留造成了纯碱产品含盐。氨碱法生产碳化出碱液的总氯浓度为97～98tt,联合制碱法生产碳化取出液的总氯浓度比氨碱法高,为113～114tt,所以在相同母液残留量的条件下,联合制碱法纯碱产品的盐分要高一些,例如,当重碱滤饼中母液残留量为0102m3/t,氨碱法纯碱产品中的NaCl含量为0157%,而联合制碱法则为0166%,约高出16%。
213 联碱法母液杂质多
现行联合制碱法生产的制碱母液未作精制处理,进入碳化塔的氨母液Ⅱ浊度高,Ca2+、Mg2+杂质高〔1〕,与氨碱法生产比较,碳化取出液中杂质微粒多。这部分比重碱结晶细小得多的杂质颗粒除了影响重碱结晶过程外,随重碱结晶悬浮液进入真空过滤机后将会堵塞滤布毛细孔,增大过滤阻力,并降低滤饼的透气和透水性能,影响过滤机能力的发挥和洗涤效果,使粗重碱的水份和盐份增加。
联合制碱法碳化取出液的粘度与氨碱法的出碱液相近,对过滤影响不大。
3 降低联碱法纯碱盐份的措施
联合制碱法具有直接加固体盐,母液封闭循环,不设母液蒸馏塔以及无大量废液废渣排放的特点,因此从工艺技术上决定了不能采用单纯加大洗水量的办法以降低重碱含氯和纯碱产品含盐。
关于生产盐份小于013%的所谓低盐纯碱,参与和天然碱竞争,文章〔6〕作了介绍,其中氨碱法生产使用离心机或者过滤机进行二次分离,洗水多道加入逆流重复使用,以及在重质纯碱加工过程中增设离心机分离一水碱等技术已经投入工业化生产。本文所讨论的仅限于联合制碱法如何生产盐份≤015%的纯碱产品,达到或超过氨碱法生产的水平。
311 离心机分离重碱晶浆
不冷式碳化联合制碱工艺和不冷式碳化塔技术可以稳定地制造平均粒径150μm左右的大颗粒重碱结晶,取出液晶浆经一稠厚器增稠后直接使用连续推料离心机分离,分离后粗重碱的水份和盐份均低,是合成法纯碱生产优质产品的科技发展方向之一。使用国产HR型双级推料离心机直接分离重碱晶浆技术已经过一年多时间的连续生产考验〔12〕。
312 重碱晶浆稠厚过滤
对于现行联合制碱法生产工艺,在真空过滤机前增设一稠厚器,使碳化塔取出的重碱晶浆在其中增稠后进入过滤机,提高滤饼的形成速率,增大滤饼厚度,从而降低粗重碱的氯化物含量,降低纯碱产品盐份。
31211 工艺流程
重碱晶浆稠厚过滤的工艺流程见图2示意。
碳化取出液经取出槽后进入一带有澄清段的稠厚器,顶部溢流液出碱液澄清桶,稠厚晶浆由底部取出至真空过滤机的碱缸,进行真空过滤作业,并加洗水于滤饼置换其中的母液,被刮刀刮下的粗重碱经皮带输送机去煅烧工序,滤液和被抽吸的气体进入气液分离器,气体去真空泵,滤液流入碱液澄清桶。碱液澄清桶上部清液溢流到母Ⅰ桶并用泵送去吸氨,底部沉淀用晶浆泵打至稠厚器,或直接去真空过滤机。
图2 重碱晶浆稠厚过滤工艺流程示意图
11取出槽 21稠厚器 31洗水桶 41洒水槽 51过滤机61皮带 71分离器 81碱液澄清桶 91沉淀泵 101母Ⅰ桶111母Ⅰ泵 a.碳化取出液 b.洗水 c.粗重碱去煅烧
d.气体去真空泵
e. 母Ⅰ去吸氨
与现行重碱过滤工艺比较,流程中增设了稠厚器,并且把原有的碱液桶改为碱液澄清桶,保留原来过滤机碱缸溢流去碱液桶并返回的功能,增加回收过滤机漏网碱的作用,解除生产工人挖母Ⅰ桶沉淀且造成碱损失的弊病。31212 重碱稠厚器
重碱稠厚器主要由下部稠厚段、上部澄清段和搅拌装置三部分组成。上部扩大的澄清段的设置目的是避免重碱结晶筛分中<40μm (5%左右)的细小结晶带入碱液澄清桶。搅拌器为一般的框式搅拌,无特殊要求,转速为2～4rpm。底部出料口处设计一喷嘴,在高晶浆浓度范围内调节下料固液比,一般情况下稠厚器下料可在视体积固液比40%～60%范围内进行操作。
31213 注意事项
1)常压碳化(浓气制碱)的工厂进行技改时应根据碳化塔塔压情况,必要时塔顶增设空圈,提高操作液位,保证正常取出。
2)过滤机进料固液比提高后,应根据实际情况适当增加碱缸的搅拌次数,以免影响滤饼表面平整,甚至出现堆积的现象。
3)扩大过滤机的吸碱区,以金属滤网代替毛布或涤纶布减少过滤介质阻力等都能够适当增大重碱滤饼厚度,尤其是中小型联合制碱工厂要重视上述硬件的改善,部分中小型真空过滤机需加以改造,包括加粗接管口径等。
4)加强碳化塔操作,提高重碱结晶质量;进行母液精制,减少杂质微粒影响,为实施重碱晶浆稠厚过滤,降低纯碱产品盐份制造良好的外部环境。
参 考 文 献
1 王全1论联碱氨Ⅱ制备与纯碱杂质1纯碱工业,1997(5): 1～41
2 王全1论碳酸化重碱结晶过程和设备技术的发展1纯碱工业,1996(1):24～271
3 王全1氨碱法碳酸化重碱结晶过程研究1纯碱工业,1994
(2):17～211
4 王全1碳酸化重碱结晶过程研究1纯碱工业,1991(1):9～131
5 韩光琨1应用离心机对粗重碱二次脱水工艺经济效益分析1纯碱工业,1996(4):49～511
6 张惕良1低盐纯碱生产1纯碱工业,1997(3):29～301
7 化工部第八设计院等1联碱母液平衡查定1纯碱工业, 1980(2):1～101
8 许昌犁1联碱法纯碱生产中气体净化部分的水平衡及含氨杂水的综合回收1纯碱工业,1983(1):16～241
9 中国纯碱工业协会主编1纯碱工学1北京:化学工业出版社,19921
10 陈学勤主编1氨碱法纯碱工艺1沈阳:辽宁科学技术出版社,19861
11 韩行治主编1联合制碱工艺1沈阳:辽宁科学技术出版社,19891
12 王全1不冷碳化塔在联碱生产中的应用1纯碱工业, 1998(3):19～231
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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。
纯碱生产工艺简介 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】
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％，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
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
模拟氨碱法制备纯碱实验条件优化 封享华丁世敏张杨 长江师范学院化学化工学院，重庆涪陵408100 文章编号：中图分类号：文献标识码：B 摘要：通过实验定量研究了多种因素对模拟氨碱法制纯碱的影响，优化了实验条件。研究结果表明，吸收液浓度、吸收液温度、吸收液液面高度、通入CO2速率、吸收方式、吸收时间等因素都对NaCl的转化率产生较大的影响；条件优化后，能全面解决实验存在的问题，并使NaCl的转化率达%。 关键词：氨碱法；纯碱；实验条件；优化 氨碱法即索尔维制碱法[1]，是将NH3和CO2通入NaCl溶液，通气过程中不断析晶制得NaHCO3（溶液中共存NH4+、HCO3-、Na+、Cl-四种主要离子，由四种离子构成的四种物质NH4HCO3、 NaCl、NH4Cl、NaHCO3中，以NaHCO3溶解度最小），再加热NaHCO3制备Na2CO3的方法。工业生产中母液循环利用，NaCl转化率可达72~74%。 NH3 +CO2+H2O = NH4HCO3(1) NH4HCO3+NaCl = NaHCO3↓+NH4Cl (2) 2NaHCO3 Na2CO3+H2O + CO2↑(3) 氨碱法制备过程中涉及称量、溶液配制、固-液反应、气体洗涤、气体吸收、过滤、加热等操作及理论，含盖的知识内容丰富，在高校教育更加重视学生能力培养的背景下，“模拟氨碱法制纯碱”成为一些高等院校化学及相关专业的综合设计性实验。 氨碱法的工业生产工艺成熟，将其转化为设计性实验时，通常根据实验原理和相关理论，容易设计出实验操作的基本轮廓：按图1装配实验装置，以氨水（代替氨气）并溶解NaCl配成吸收液；用CaCO3与盐酸反应制备CO2，并用蒸馏水洗涤CO2，除去HCl气体；然后将CO2通入吸收液，制得NaHCO3晶体，过滤，洗涤，加热制备Na2CO3。由于该实验的影响因素多，包括吸收液浓度、吸收液温度、吸收液液面高度、通入CO2速率、CO2吸收方式、吸收时间等，在进行实验设计时却难于确定其实验条件，致使实际操作中往往存在诸多问题：一是实验过程中气路堵塞，甚至导致气体回冲至滴液漏斗；二是实验时间长，通常需要小时以上；三是NaCl转化率低。 该模拟实验的研究报道极少。陈国钦老师[2]认为，实验中CO2的吸收温度和吸收方式是影响实验的关键因素，认为吸收温度在38℃-50℃均适宜，并提出了一种CO2的吸收方式：“喷散式”。而吸收液浓度、吸收液液面高度、通气速率、吸收时间等对实验的影响研究未见报道。本课题全面研究了
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、
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），
纯碱(Sodium Carbonate),学名碳酸钠，俗名苏打、石碱、碱灰、碱粉、洗 涤碱，化学式Na 2CO 3。 纯碱外观为白色粉末或细粒结晶、味涩。其水溶液水解呈 碱性，有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐，并放出二氧化碳。高温下可分解，生成氧化钠和二氧化碳。纯碱在潮湿的空气里会潮解，慢 慢吸收二氧化碳和水，部分变为碳酸氢钠，所以包装要严，否则会吸潮结块。 氨碱法使生产实现了连续性生产，食盐的利用率得到提高，产品质量纯净，因而被称为纯碱，但最大的优点还在于成本低廉。1867年索尔维设厂制造的产 品在巴黎世界博览会上获得铜制奖章，此法被正式命名为索尔维法。此时，纯 碱的价格大大下降。消息传到英国，正在从事路布兰法制碱的英国哈琴森公司 取得了两年独占索尔维法的权利。1873年哈琴森公司改组为卜内门公司，建立 了大规模生产纯碱的工厂，后来，法、德、美等国相继建厂。这些国家发起组 织索尔维公会，设计图纸只向会员国公开，对外绝对保守秘密。凡有改良或新 发现，会员国之间彼此通气，并相约不申请专利，以防泄露。除了技术之外， 营业也有限制，他们采取分区售货的办法，例如中国市场由英国卜内门公司独占。由于如此严密的组织方式，凡是不得索尔维公会特许权者，根本无从问津 氨碱法生产详情。多少年来，许多国家要想探索索尔维法奥秘的厂商，无不以 失败而告终。直到1933年侯德榜著书《纯碱制造》，将索尔维制碱法公之于众。再到后来被更为先进的侯氏制碱法取代。 它是以食盐、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，使其生成 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。而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。 氨碱法制纯碱的优点： 1、原料：使用氨碱法制纯碱，用的原料来源广。 2、纯度：使用氨碱法制纯碱，研制出的产品纯度高。 3、生产能力：使用氨碱法制纯碱，可以连续生产，生产能力强大。 缺点： 1、NaCl利用率低。 2、需要丰富的原盐、石灰石、焦炭、水等资源供应，且要排放大量废渣、废液
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
精锐教育学科教师辅导讲义 学员编号： 年 级：高三 课 时 数：3 学员姓名： 辅导科目： 化学 学科教师： 授课主题 侯式制碱法原理和简单流程 教学目的 侯氏制碱法在上海高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 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NH 4HCO 3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： 。 内容回顾
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： (1) 上述生产纯碱的方法称 ，副产品的一种用途为 。 (2) 沉淀池中发生的化学反应方程式是 。 (3) 写出上述流程中X 物质的分子式 。 (4) 使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 （填上述流程中的编号）的循环。从 沉淀池中取出沉淀的操作是 。 (5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加 。 (6) 向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有 。 (a) 增大NH 4+的浓度，使NH 4Cl 更多地析出 (b) 使NaHCO 3更多地析出 (c) 使NaHCO 3转化为Na 2CO 3，提高析出的NH 4Cl 纯度 答案：1．Ａ ２．423()NH CO ３．1）Ca(OH)2 或CaO Na 2CO 3 2)溶解 过滤 蒸发 过滤 3）有晶体析出（或出现浑浊） 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大 4）NH 4Cl 取样，加硝酸酸化，再加硝酸银，有白色沉淀产生，该阴离子是氯离子 5）NH 4+ + OH - → NH 3 ↑＋H 2O 防止加入石灰水时产生碳酸钙沉淀(解析：加热时，使碳酸氢根水解程度增大，释放出二氧化碳，减少碳酸氢根的量，从而减少氢氧根的消耗，使铵根完全转化为氨气放出，同时产生碳酸钙的含量也相应的减少) 6）312()1 84() 31NaHCO m m m ω-= 4．（1）联合制碱法或侯德榜制碱法化肥或电解液或焊药等（其他合理答案均给分） （2）NH 3＋CO 2＋H 2O ＋NaCl →NH 4Cl ＋NaHCO 3↓ 或NH 3＋CO 2＋H 2O →NH 4HCO 3 NH 4HCO 3＋NaCl →NaHCO 3↓＋NH 4Cl （3）CO 2 （4）I 过滤 （5）稀硝酸和硝酸银溶液 （6）a c CO 2 Na 2CO 3 X 食盐水 循环II 循环I 母液 (提取副产品) 煅烧炉 合成氨厂 沉淀池 NH 3 NH 3
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/a917160066.html, 氨碱法纯碱生产中废液及碱渣的综合利用探究 作者：郭丹 来源：《中国科技博览》2016年第07期 [摘要]近年来，各行业经济有了较大增长，特别是化工业企业在我国经济发展中起到了很大的作用，其中氨碱法纯碱的制作和生产速度比较快。对于纯碱生产的过程中产生的废弃物应当进行有效利用，这不但能够降低大自然的污染程度，而且一个好的自然环境在很大程度上能够给企业带来良好的生产环境。为此，本文主要就纯碱生产过程中废液和碱渣的应用作了相关的论述，以供参考。 [关键词]纯碱生产氨碱法废液废渣治理利用 中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0013-01 引言 在化学工艺中，环境友好型的生产已经成为目前的主流，传统的生产纯碱的过程中，会 产生大量的废渣和废液，对环境的影响较大，因此，对氨碱法纯碱生产中废液废渣的治理和综合利用，不但可以降低环境污染，还可以进一步促进生产和谐。 1.废液的产生和组成 随着我国经济的发展，工业企业在进行纯碱生产时提高了生产质量和技术。在进行纯碱 生产的过程中，由于生产技术决定了生产特性，所以，生产量和废弃物的排放量形成了一的 比例。 1.1 氨碱法纯碱生产工艺 生产过程为 CO2的制备；盐水制备主要是氨盐水，再通过氨盐水和碳酸进行重碱的制备和过滤；对重碱进行烧制得到纯碱；把氨进行蒸馏并且回收。要保证氨能够进行必要的循环作用，把重碱和石灰乳进行蒸馏并收集氨。 1.2废液PH值是12，密度在111t/m3。由于各种原料来自于不同的生产厂家，所以，需要根据情况来确定，具体数据见表1。 2.目前国内废液处理的方法 2.1 废液处理工艺
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