联合法生产纯碱与氯化铵(1)

1、化学工业出版社编辑编辑ppt项目十四项目十四 联合法生产纯碱与氯化铵联合法生产纯碱与氯化铵 v针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低，制碱成本高，废液、废渣污染环境和难以处理等不足，侯德榜先生经过上千次试验，在1943年研究成功了联合制碱法。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥，食盐溶液又可以循环使用。 化学工业出版社编辑编辑pptv联合制碱法即侯氏制碱法又称循环制碱法，此法的基本出发点是为了消除氨碱法废液的排放，杜绝污染，将碳化过滤的母液不加石灰乳蒸馏回收氨，而是将其再吸收氨，使溶解度小的HC

2、O3-盐反应成溶解度大的CO32-盐，然后冷却并加入洗盐或洁净盐，使NH4Cl先冷却析出、然后再用盐析法析出。联合制碱法的要点是利用同离子效应，配合以冷却或冷冻，降低氯化铵在母液中的溶解度，使氯化铵从母液中结晶析出，析出氯化铵结晶后的母液循环利用。滤过NH4Cl的母液再吸收氨，然后进行碳化，这时析出重碱，经分离、煅烧而得到纯碱；过滤的母液循环使用，故称循环制碱，其过程示意图见图11-1。联合制碱法的生产过程中不产生大量废弃物，产品是纯碱和氯化铵。化学工业出版社编辑编辑ppt图图11-1 联合制碱法生产过程示意图联合制碱法生产过程示意图化学工业出版社编辑编辑pptv生产过程要同合成氨厂联合，利用

3、氨厂的NH3生产NH4Cl，利用副产的CO2来制纯碱，在过程中只需加入盐，生产可分为两个过程（见图11-2）。图图11-2 联合制碱法生产工序图联合制碱法生产工序图化学工业出版社编辑编辑pptv过程：离心分离NH4Cl后的母液称为母与第过程的氨母进行热交换，使母升温，再进入吸氨器中吸氨制成氨母，经澄清除去杂质后，送到碳化清洗塔溶解塔内的碱疤，并吸收少量CO2后，称为清洗氨，然后送入碳化塔中与CO2逆流反应生成重碱，经回转真空过滤机分离得到重碱，送煅烧炉分解成纯碱，炉内排出的高浓度CO2气体，经冷凝塔、洗涤塔降温和洗涤，再经压缩机将CO2送入碳化塔制碱。化学工业出版社编辑编辑pptv过程：过滤重

4、碱后的母液，称母经吸氨后制成氨母，用以清洗结晶器内的结疤，然后与过程的母进行热交换，使氨母降温后进入冷析结晶器，通过外冷器冷却析出一部分NH4Cl，结晶器上清液称半母，溢流到盐析结晶器，加入洗盐或洁净盐，因盐析之故，使剩余的NH4Cl从溶液中析出，经离心机分离后，送到沸腾干铵炉内干燥而得成品；产品经造粒后便于施肥。本方法每生产1吨纯碱产品同时联产约1吨NH4Cl，因此原盐的利用率可达到95%以上。化学工业出版社编辑编辑ppt任务一任务一 联合制碱法工艺条件分析与选择联合制碱法工艺条件分析与选择v联合制碱法制碱的吸氨和碳酸化原理与氨碱法基本相同，制铵过程要点是尽量使氯化铵从母液中析出。联合制碱法

5、中，用冷析和盐析从母液中分出氯化铵，主要利用不同温度下氯化钠和氯化铵的互溶度关系。氨母液是复杂的Na+、NH4+CO32-、Cl-+H2O体系。为便于阐明析铵的原理，现将体系简化为Na+、NH4+Cl-+H2O进行讨论。 化学工业出版社编辑编辑ppt联合制碱法相图分析与氯化铵的结晶技术联合制碱法相图分析与氯化铵的结晶技术 v氯化钠与氯化铵的互溶度关系如图11-3所示。图11-3A是纯NaCl-NH4Cl体系，图中的M1点是氨碱法中碳酸化后，经过析碱的清液（母液）成分，因坐标限制只表示出其氯化钠和氯化铵的含量，不包括碳酸氢盐。在A图中，M1点处于0的不饱和区内，理论上不会有结晶析出。实际上，母液

6、所含的碳酸氢盐和碳酸盐对体系有影响。图11-2B是含碳酸铵0.12kgkg-1（水）的NaCl-NH4Cl的互溶关系。同一M1点在图B中位于NH4Cl饱和区中。从图11-3B中可看出，冷却到10时，溶液的组成从M1移到R，过程中析出氯化铵。R位于氯化铵饱和线上，溶液对氯化铵饱和而并不对氯化钠饱和。当氯化钠固体粉末加入R溶液时，氯化钠溶解而氯化铵将析出，进行到溶液成分变化至共析点E为止。过程中，从M1点到R属于冷析，从R到E则属于盐析。从图中读出，从M1点到E，析出的氯化铵约为溶液原含氯化铵的一半，这与从实际母液成分计算的结果基本相符。 化学工业出版社编辑编辑pptNH4Cl含量含量/kgkg-

7、1(H2O) NH4Cl含量含量/kgkg-1(H2O)A.NaCl-NH4Cl体系体系 B.碳酸铵存在的影响碳酸铵存在的影响图图11-3 NaCl-NH4Cl-H2O体系与碳化母液的关系体系与碳化母液的关系化学工业出版社编辑编辑pptv析铵过程的温度影响如图11-4所示。M1点接近于30的氯化铵饱和线，即析铵过程必须低于30。冷却和盐析温度越低，析出氯化铵越多，盐析的终点是E0和E10。在0析铵比10时多，但增加并不显著，而冷冻耗能却显著增大。另一方面，制铵和制碱两过程的温度差不宜过大，因为循环母液的量很大，温差大时加热和冷却都耗能多，一般温差为2050。此外，温度过低时，母液粘度增大，也使

8、氯化铵分离困难。工业上冷析温度一半不低于510。盐析时因结晶热的搅拌动力及添加食盐所带入的热使温度比冷析温度略高，一般为5左右。 化学工业出版社编辑编辑ppt图图11-4 含（含（NH4）2CO3的的NaCl-NH4Cl-H2O体系体系化学工业出版社编辑编辑ppt制碱过程分析制碱过程分析 v制碱过程是使母液吸氨及碳酸化，与氨碱法相同，需要考察Na+、NH4+Cl-、HCO3-+H2O体系。在30时的Na+、NH4+Cl-、HCO3-+H2O干盐图（图11-5）中，氨碱法的基本过程是NaCl(A)与NH4HCO3(C)作用，物系总组成为Y，反应生成P1母液和析出NaHCO3结晶。从图中读出，进料

9、NH3对NaCl的配比为AY：YC接近于1。对生成物来说，NaHCO3：P1母液=P1Y：YD，其值约为0.72。 化学工业出版社编辑编辑ppt图图11-5 联合制碱法的制碱过程相图分析联合制碱法的制碱过程相图分析化学工业出版社编辑编辑ppt联合制碱法的相图图解联合制碱法的相图图解 v联合制碱法在详图中的简化图解可用图11-6所示，其过程为：v析铵过程用M1S-SM2表示。M1是析碱后母液。M1SA是冷冻后的加工过程，在M1溶液中加入固体氯化钠A，使体系总组成达到S点。BSM2是析铵过程，由S点的物系分出母液M2和析出固体氯化铵B。v制碱过程用M2Q-QM1表示。M2是析铵后的母液，M2QC是

10、吸氨和碳酸化过程，DQM是析碱过程。从图中可以看出，与氨碱法对比，联合制碱法的析碱量和吸氨量都比氨碱法少得多。 化学工业出版社编辑编辑pptA 联碱法的简化图解联碱法的简化图解 B 联碱法图解联碱法图解图图11-6 联合制碱法的相图图解联合制碱法的相图图解化学工业出版社编辑编辑ppt温度、压力、母液成分的分析与选择温度、压力、母液成分的分析与选择 v制碱过程工艺条件的选择 v1.压力v一般来说，制碱过程可在常压下进行，但氨盐水碳酸化过程应提高压力以强化吸收效果，因而在流程上对氨厂的各种含二氧化碳的气体出现了不同压力的碳化制碱。除碳酸化以外的其他工序均可在常压下进行，制铵过程是析出结晶的过程，更

11、不必加压操作，故可在常压下进行。 化学工业出版社编辑编辑pptv2.温度v氨盐水的碳酸化反应系放热反应，降低温度，平衡向生成NaHCO3和NH4Cl的方向移动，可以提高产率。但温度降低，反应速度减慢，影响生产能力。在碳化塔的实际操作中，当碳化度较小时，温度可稍高；碳化度较大时，温度可稍低。碳化塔中部温度略高，这是因为氨母液中会有一定量的结合氨，以免在碳化塔底部同时析出NaHCO3和NH4Cl结晶。工业生产上，一般控制碳化塔的取出温度在3238。 化学工业出版社编辑编辑pptv3.母液成分v母液在循环过程中要严格控制三个浓度作为工艺指标：值、值和值。v值：值是指氨母液中游离氨对二氧化碳的物质的量

12、之比（或游离氨对的HCO3-摩尔浓度之比）。氨母液是析碱后第一次吸氨的母液，吸氨是为了使转化CO32-，而HCO3-不多，吸氨量不需要很多，吸氨的反应为：v2NaHCO3 + 2NH3 = Na2CO3 + (NH4)2CO3 + Qv该反应为放热反应，当母液中的HCO3-的量一定时，降低温度，有较少过量的氨就可以使反应完成，值可以较低。但无论温度如何，值总大于2。值与温度关系的经验值为：v析铵温度20：=2.35；10：=2.22；0：=2.09；-10：=2.02v常用析铵温度为10，值控制在2.12.4的范围。 化学工业出版社编辑编辑ppt任务二任务二 联合制碱法生产技术联合制碱法生产技术v 联合制碱法工艺流程v联合制碱法的析碱流程基本上与氨碱法相近，析铵则有多种流程，以外冷流程为例（图11-6）。v制碱系统送来的氨母液经换热器与母液换热，母液是盐析出氯化铵后的母液。换热后的氨母液送入冷析结晶器。