年产10万吨氨碱法制碱生产工艺

济毕业设计（论文）（冶金化工系）题目年产10万吨氨碱法制碱生产工艺专业化工生产技术班级化工0702班姓名学号指导教师完成日期2009.11.03-2009.12.28目录摘要 (1)第一章纯碱的综述 (2)1.1纯碱的性质和用途 (2)1.1.1纯碱的性质 (2)1.1.2纯碱的用途 (2)1.2纯碱工业的发展史及发展方向 (3)1.2.1纯碱工业发展史 (3)1.2.2纯碱工业世界分布及发展方向 (5)第二章纯碱的主要工艺及优缺点 (7)2.1纯碱的生产工艺 (7)2.1.1纯碱的工艺简述 (7)2.2纯碱生产工艺的优缺点 (8)第三章氨碱法生产纯碱的工艺流程和主要设备 (9)3.1氨碱法生产纯碱工艺流程及图示 (9)3.1.1氨碱法生产纯碱的工艺流程 (9)3.1.2氨碱法生产纯碱工艺图示介绍 (10)3.2蒸氨过程的主要设备及化学反应 (11)3.2.1蒸氨过程的主要设备 (11)3.2.2蒸氨过程中的主要化学反应 (12)3.3蒸氨塔理论塔板数的确定 (13)3.3.1石灰乳蒸馏段与预灰桶的理论塔板数 (13)3.3.2预热段理论塔板数 (15)3.4氨盐水的碳酸化过程及碳化塔 (16)3.4.1氨盐水碳酸化过程 (16)3.4.2碳化塔设备 (17)第四章氨盐水碳酸化系统的物料及热量衡算 (21)4.1碳酸化系统中的物料衡算 (21)4.1.1典型溶液的组分归纳 (21)4.1.2物料衡算 (21)4.3热量横算 (25)第五章氨碱法制碱厂的排污与三废处理 (26)5.1氨碱法纯碱生产的排污系统 (26)5.1.1氨碱法纯碱生产厂的排污 (26)5.1.2氨碱厂的三废处理 (26)致谢 (28)参考资料 (29)摘要纯碱是基本化学工业中产量最大的产品之一，是用途十分广泛的基本工业原料，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。

本文介绍的主要是氨碱法制纯碱。

该方法的好处有：原料便宜，产品纯碱的纯度高，副产品氨和二氧化碳都可以回收利用，适合我国现在的氮肥企业借鉴。

本文介绍了纯碱的主要生产工艺流程，并对碳化炉进行了设计。

首先根据工艺需要对碳化过程进行物料衡算和热量衡算，在此基础上碳化炉的相关参数进行计算，进而进行设备选型。

该设计具有较好的实际应用价值，对环境污染小,同时具有一定的社会、经济效益。

关键词纯碱；生产工艺；碳化炉第一章 纯碱的综述1.1纯碱的性质和用途1.1.1纯碱的性质纯碱学名碳酸钠，俗名又称苏打，化学式:Na 2CO 3，是白色粉末状晶体，高温下易溶解，易溶于水，使溶液呈碱性，微溶于无水乙醇，不溶于丙醇。

纯碱水溶液可以与酸碱盐反应，反应方程式如下:↑++=+223222CO O H NaCI HCI CO Na ,NaOH CaCO OH Ca CO Na 2)(3232+↓=+NaCI BaCO BaCI CO Na 23232+↓=+ 工业产品纯度为98-99%，依颗粒大小堆密度不同，可分为超轻质纯碱，轻质纯碱和重质纯碱，其大致范围见表1-1：表1-1：不同纯碱产品的堆积密度范围1.1.2纯碱的用途纯碱是重要的化工原料之一, 用于制化学品、清洗剂、洗涤剂、也用于照相术和制医药品。

绝大部分用于工业，一小部分为民用。

在工业用纯碱中，主要是轻工、建材、化学工业，约占2/3；其次是冶金、纺织、石油、国防、医药及其它工业。

玻璃工业是纯碱的最大消费部门，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。

化学工业用于制水玻璃、重铬酸钠、硝酸钠、氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠等。

冶金工业用作冶炼助熔剂、选矿用浮选剂，炼钢和炼锑用作脱硫剂。

印染工业用作软水剂。

制革工业用于原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱度。

还用于生产合成洗涤剂添加剂三聚磷酸钠和其他磷酸钠盐等。

食用级纯碱用于生产味精、面食等纯碱的用途很广，一般都是利用它的碱性，可以用于制造玻璃，还可利用脂肪酸与纯碱反应制肥皂；在陶瓷工业中制取耐火材料和釉也要用到纯碱，化学工业中制取钠盐、金属碳酸盐、漂白剂、填料、洗涤剂、催化剂及染料等均要用到它。

表1-2为1980年纯碱在各个生产部门的消费量:1.2纯碱工业的发展史及发展方向1.2.1纯碱工业发展史始于18世纪末，随着工业的需要和制碱原料的改变，生产技术得到迅速发展，生产装置趋向大型化、机械化、自动化。

1983年世界纯碱产量约30Mt。

在纯碱工业史上，法国人，比利时人，中国人等，都作出了突出的贡献。

吕布兰法的盛衰。

18世纪中叶，英、法爆发了七年战争(1756～1763)，当时依赖于西班牙植物碱的来源断绝。

1775年法国科学院悬赏巨金，征求可供实用的制碱方法。

吕布兰提出以普通食盐为原料，用硫酸处理得芒硝及盐酸，芒硝再与石灰石、煤粉配合入炉煅烧生成纯碱的方法。

1783年，法国科学院同意授予吕布兰奖金，但终未颁发。

1791年，吕布兰获得专利权，同年由奥尔良公爵筹集巨款，在巴黎附近的圣但尼建立第一个吕布兰法碱厂。

1823年英国取消盐税，引进吕布兰法，在利物浦建成纯碱工厂投入生产。

从此，英国制碱工业突飞猛进，远远领先于法国。

1825～1880年间是吕布兰法制碱的极盛时期。

它带动了硫酸、盐酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工产品的生产;对于化工装置,如气体洗涤器、旋转炉、机械烤炉、开口式特兰锅和香克式浸溶装置等的出现，也起了很大的促进作用。

吕布兰法是化学工业兴起的重要里程碑。

但其产品纯度低，生产成本高,劳动效率低,生产过程均固相操作，难以连续作业，加之回收的盐酸腐蚀性强，必须外销或另作处理。

这些缺点促使探索新的制碱方法。

索尔维法的崛起和演变。

1861年，E.索尔维在煤气厂从事稀氨水的浓缩工作时，在用盐水吸收氨和二氧化碳的试验中得到碳酸氢钠。

同年，他获得了用食盐、氨和二氧化碳制取碳酸钠的工业生产方法的专利。

此生产方法被称为索尔维法,又称氨碱法。

1863年,E.索尔维与兄弟A.索尔维筹集资金，组建至今依然存在的索尔维公司,并在比利时库耶建立纯碱厂，1865年1月投产，1872年产量达到日产10t。

1873年索尔维公司所产纯碱在维也纳国际博览会上获得了质量纯净荣誉奖，从此索尔维法为世人所公认。

1872年在法国南锡附近的栋巴勒另建一厂,现在年生产规模已达600kt。

1874年英国在诺斯威奇附近的威灵顿1881年美国在纽约州的锡拉丘兹1883年俄国卢比莫夫索尔维公司在别列兹尼基相继建立碱厂。

中国实业家于1917年筹办永利制碱公司，1920年在天津塘沽兴建永利碱厂（见图1-1）,1924年8月开工生产。

图1-1 天津塘沽永利碱厂永利制碱公司20世纪20年代在塘沽兴建的中国第一座纯碱厂，1926年8月红三角牌纯碱获得万国博览会(美国费城)金质奖章。

索尔维法生产纯碱所用原料易得,成本低廉，产品纯净，而且是以液相和气相作业过程为主，适于大规模连续生产，因而使当时每吨纯碱价格由13英镑降到4英镑多,并逐步取代了吕布兰法。

但索尔维法仍有不少缺点，如盐利用率低（以钠计最多为75％）；每产1t碱，排放9～10m废渣、废液，淤塞港湾,污染环境。

因此，索尔维法不断演变，在德国、中国和日本出现了多种改进的方法：侯氏制碱法1937年日本进一步入侵中国。

位于塘沽的永利碱厂被迫迁至四川五通桥。

当时盐价昂贵，牛华溪一带地下黄卤浓度过淡，不符合索尔维法要求，加之在该地区排放废液亦有困难，必须予以改进。

该厂在侯德榜博士主持下，从事改进索尔维法的研究。

几年后，获得成功。

1941年3月15日永利公司总经理范旭东集会宣布，决定将新法命名为侯氏碱法。

1943年12日侯氏制碱法在中国化学学会第十一届年会上公布，现称联合制碱法。

侯氏制碱法的突出特点,在于使工艺过程连续化,从而规模得到扩大；其次,此法不从固体碳酸氢铵开始,而是用盐卤先吸氨后碳酸化进行连续生产。

由于该法不需中间盐作辅助剂，成本可以降低。

1952年，中国在大连化工厂建立了日产10t的联合制碱中试车间,1957年加以改进，通过实验确定了一次加盐、二次吸氨、一次碳化的工艺流程，并对设备选型、操作指标加以肯定。

1964年，大型联合制碱装置在大连化学工业公司建成投产。

中国纯碱工业的发展 1949年，仅在天津塘沽、大连有两家纯碱厂，总产量为88kt。

50年代，纯碱工业有了很大发展（见图1-2）,除对原有厂进行扩建、改造外,从1958年起，先后兴建了四川自贡、山东青岛、湖北应城三个中型纯碱厂和一批小型纯碱厂1985年生产纯碱2Mt（不包括台湾省），产量仅次于美、苏两国。

生产方法主要是索尔维法和侯氏制碱法，1984年以侯氏制碱法生产的纯碱占总量的44.6％，农用氯化铵产量居世界第一。

但现在纯碱产量仍然不能满足国民经济发展需要，为使纯碱的供应能满足需要，已确定了建设新厂的计划并与小型氨厂结合改建一些新的小型联合制碱法工厂。

1.2.2纯碱工业世界分布及发展方向①东欧：产量占世界总产量的三分之一，年总生产能力约11～12Mt。

以苏联产量最大，占东欧总产量的一半，是世界第二大纯碱生产国。

保加利亚、罗马尼亚和波兰近年来纯碱工业发展很快。

东欧是纯碱输出地区，罗马尼亚约三分之一以上的产品供出口，是世界纯碱出口的第三大国。

东欧制碱原料主要为地下岩盐，制碱方法多为索尔维法，仅苏联少量采用天然霞石炼铝联产纯碱。

②西欧：产量占世界总产量的五分之一以上，年总生产能力约7～8Mt，约90％的能力为欧洲经济共同体成员国所有。

西欧制碱原料主要为地下优质岩盐。

西欧的纯碱工业主要由索尔维公司和卜内门化学工业公司所控制。

前者现有年生产能力约4.5Mt,后者则约1.8Mt。

制碱方法几乎都为索尔维法。

③北美洲:产量占世界总产量的四分之一以上，年总生产能力约12Mt。

主要生产国是美国。

美国纯碱产量约占世界总产量的四分之一,居世界第一位,也是纯碱最大输出国之一。

近年来约有产量的7％～10％的产品出口,几乎占资本主义国家纯碱出口量的一半。

美国制碱原料为天然碱。

④中国和亚洲：亚洲产量占世界总产量的八分之一，年总生产能力约 4Mt以上。

主要生产国是中国、日本和印度。

亚洲制碱原料多采用海盐(日本的原料盐基本上依赖进口)，纯碱生产采用索尔维法和侯氏制碱法。

亚洲是纯碱不足的地区之一。

中国纯碱工业近十年发展迅速。

1985年产量达图1-2 中国历年纯碱产量变化到 2Mt，居世界第三位。

主要分布在东部沿海地区，其中渤海湾和山东半岛的纯碱产量占全国总产量的四分之三。

⑤其他地区：拉丁美洲的墨西哥、巴西、智利等国也有纯碱生产，但产量较低。

非洲、大洋洲等地有卜内门化学工业公司建的天然碱加工厂和索尔维法制碱厂。

纯碱工业的发展，索尔维法仍占主导地位，并将持续下去，生产中正在研究无废物流程或回收有用废物、节约能源和降低成本的改进方法。