制碱工艺part1

1、第二章 制碱工艺2.1 氨碱法制纯碱纯碱是重要的化工原料之一。 化学工业制水玻璃(水溶性硅酸盐)、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。2.1.1 氨碱法工艺流程示意图盐水制备盐水精制吸氨碳化过滤煅烧蒸氨压缩石灰窑消化水盐N3H水蒸气废液石灰乳Na2CO3CO2CO2CO2碳化尾气NH3、CO2无烟煤或焦炭石灰石氨碱法生产纯碱过程主要分以下几个工序二氧化碳和石灰乳的制备 石灰石于940至1200在煅烧窑内分解得到生石灰CaO和CO2气体。 C

2、O2用于碳化，生石灰CaO加水制成石灰乳(氢氧化钙乳液)，用以蒸氨。b. 盐水的制备和精制 将原盐溶于水制得饱和食盐水溶液；由于盐水中含有Ca、Mg等离子，需要精制。c. 氨盐水的制备 精制后的盐水吸氨制备含氨的盐水溶液。d. 氨盐水的碳酸化(最重要工序) 氨盐水与CO2作用生成碳酸氢钠和氯化铵，碳酸氢钠浓度过饱和后结晶析出，从而与溶液分离。 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cle. 碳酸氢钠的煅烧 煅烧目的是为了分解碳酸氢钠获得纯碱，同时回收近一半的CO2供碳酸化使用。 2NaHCO3 = Na2CO3+H2O+CO2f. 氨的回收 碳酸化后分离出来的母液中含有NH4C

3、l、NH4OH、 NH4CO3和NH4HCO3 ，需要将氨回收利用。2.1.2 石灰石煅烧与石灰乳制备a. 石灰石煅烧的原理 CaCO3=CaO + CO2 H = 179.6kJ/mol 生产中一般控制石灰石温度在950至1200。温度过高时可能出现熔融或半熔融状态，发生挂壁或结瘤，石灰变成坚实不易消化的“过烧石灰”。 窑气(CO2含量40%)经过净化、冷却后被压缩机抽出，实现石灰石持续分解。b. 石灰窑(石灰石煅烧的场所) 目前采用最多的是连续操作的竖窑，窑身用普通砖砌成或钢板卷焊制成，内衬耐火砖，两层之间填装绝热材料，减少热量损失。 空气由鼓风机从窑下部送入窑内，石灰石和固体燃料由窑顶装

4、入，在窑内自上而下运动，反应自下而上进行，窑底可连续生产出生石灰。c. 石灰乳制备 把石灰窑排出的生石灰加水进行消化，制备后续工序(盐水精制和蒸氨过程)所需的氢氧化钙。 消化时因加水量不同，可得到： 消石灰(氢氧化钙细粉末)、 石灰膏(稠而不流动的膏)、 石灰乳(消石灰在水中的悬浮液)、 石灰水(氢氧化钙水溶液)。 石灰乳较稠对于生产有利，但太稠易沉淀堵塞设备，一般工业上使用比重1.27的石灰乳。2.1.3 盐水精制与吸氨饱和盐水的制备与精制 精制盐水的方法目前有石灰-碳酸铵法和石灰-纯碱法。石灰-碳酸铵法 用消石灰除去盐水中的镁(Mg2+)，反应过程pH一般控制在10至11。 Mg2+ +

5、Ca(OH)2= Mg(OH)2 + Ca2+ 将分离出沉淀后的溶液送入除钙塔除钙塔中，用碳碳化塔化塔顶部尾气中的NH3和CO2再除去Ca2+。 Ca2+CO2+2NH3+H2O = CaCO3+ 2NH4+(2) 石灰-纯碱法 用消石灰除去盐水中的镁(Mg2+)，反应过程pH一般控制在10至11，反应式为： Mg2+ + Ca(OH)2= Mg(OH)2 + Ca2+ 用纯碱除钙，反应式： Ca2+Na2CO3 = CaCO3 +2Na+ 怎样除掉钾离子？ b. 盐水吸氨 (1) 吸氨的原理 精制盐水与NH3发生下列反应： NH3(g) +H2O(l) = NH4OH(l) 精制以后的饱和盐

6、水冷却后由吸氨塔上部淋下，与塔底上升的氨气逆流接触，以完成盐水吸氨过程。 (2) 吸氨的主要工艺条件 氨盐水NH3/NaCl比值的选择： NH3/NaCl比值过高会有NH4HCO3 和NaHCO3同时析出，降低氨的利用率；如果此值过低，又会降低钠的利用率。生产实践中NH3/NaCl比值一般为1.08至1.12 。 盐水吸氨温度的选择： 低温有利于盐水吸收氨气，有利于降低氨气夹带的水蒸汽量，但温度过低会产生(NH4)2CO3H2O和NH4HCO3结晶堵塞设备。实际生产中吸氨塔温度控制在55至60。 吸氨塔压力的选择： 吸氨操作在微负压下进行，其压力大小以不妨碍盐水下流为限。2.1.4 氨盐水碳酸

7、化 a. 碳化的基本原理 氨盐水吸收CO2的过程称为碳酸化，又称碳化，其目的在于获得高产率和高质量的碳酸氢钠结晶。碳酸化过程的反应式：NH3+CO2+H2O = NH4HCO3NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 +NH4Clb. 氨盐水碳化的工艺条件碳化度 碳化度是指氨盐水溶液吸收二氧化碳程度的量，定义为碳化液体系中全部二氧化碳的摩尔数与总氨气的摩尔数之比。碳化度值越大，NH3转变成NH4HCO3 越完全。 受多种条件限制，实际生产中碳化度一般控制在180至190%范围内。(2) 原始氨盐水溶液的理论适宜组成 理论适宜组成是指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NH3/NaCl是氯化钠的利用率UNa达到最高时的原始溶液组成。 实际生产中一般控制NH3/NaCl在1.08至1.12范围内。2.1.5 重碱过滤与煅烧过滤分离设备 离心过滤机和真空过滤机 真空过滤机主要有滤鼓、错气盘、碱液槽、压辊、刮刀、洗水槽和传动带组成，其中滤鼓是最关键组成部分。b. 重碱煅烧的基本原理 重碱是一种不稳定化合物，在内热式蒸汽煅烧炉内加热