第四章 纯碱.ppt

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1、化工工艺学化工工艺学Chemical engineering technics应用化学专业应用化学专业第第4章章 纯碱纯碱Industry of making soda 第一节第一节 氨碱法制纯碱氨碱法制纯碱 第二节第二节 联合制碱法生产纯碱和氯化铵联合制碱法生产纯碱和氯化铵纯碱和烧碱广泛应用玻纯碱和烧碱广泛应用玻纯碱和烧碱广泛应用玻纯碱和烧碱广泛应用玻璃、制皂、纺织、造纸、璃、制皂、纺织、造纸、璃、制皂、纺织、造纸、璃、制皂、纺织、造纸、石油化工、化肥、冶金、石油化工、化肥、冶金、石油化工、化肥、冶金、石油化工、化肥、冶金、医药等工业。医药等工业。医药等工业。医药等工业。用用 途途第一节第一

2、节 氨碱法制纯碱氨碱法制纯碱一、概述一、概述【物理性质物理性质物理性质物理性质】纯碱又称苏打，白色细粒结晶粉末，分子式纯碱又称苏打，白色细粒结晶粉末，分子式纯碱又称苏打，白色细粒结晶粉末，分子式纯碱又称苏打，白色细粒结晶粉末，分子式NaNa2 2COCO3 3。密度密度密度密度2533kg/m2533kg/m-3-3,熔点熔点熔点熔点851851，热热热热容容容容1.04kJ/kg1.04kJ/kg。【生产方法生产方法生产方法生产方法】氨碱法氨碱法氨碱法氨碱法（索尔维制碱法）（索尔维制碱法）（索尔维制碱法）（索尔维制碱法）氨碱法原料：食盐、氨、石灰石、焦炭氨碱法原料：食盐、氨、石灰石、焦炭氨碱

3、法原料：食盐、氨、石灰石、焦炭氨碱法原料：食盐、氨、石灰石、焦炭联碱法联碱法联碱法联碱法（侯氏制碱法）（侯氏制碱法）（侯氏制碱法）（侯氏制碱法）联碱法原料：食盐、氨、联碱法原料：食盐、氨、联碱法原料：食盐、氨、联碱法原料：食盐、氨、COCO2 2二、二、氨碱法制碱的生产原理氨碱法制碱的生产原理 1 1 1 1、主要原料、主要原料、主要原料、主要原料 食盐、氨、石灰石食盐、氨、石灰石食盐、氨、石灰石食盐、氨、石灰石 2 2 2 2、主要化学反应主要化学反应主要化学反应主要化学反应 P143-144P143-144P143-144P143-144【氨盐水碳酸化氨盐水碳酸化氨盐水碳酸化氨盐水碳酸化】

4、NaClNaCl+NH+NH3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=NaHCOO=NaHCO3 3(s)+NH(s)+NH4 4ClCl【重碱煅烧重碱煅烧重碱煅烧重碱煅烧】2NaHCO 2NaHCO3 3(s)=Na(s)=Na2 2COCO3 3(s)+CO(s)+CO2 2(g)+H(g)+H2 2OO【氨的回收氨的回收氨的回收氨的回收】NHNH4 4Cl+Ca(OH)Cl+Ca(OH)2 2=2NH=2NH3 3+CaCl+CaCl2 2+2H+2H2 2OO COCO2 2的来源：的来源：的来源：的来源：大部分由煅烧石灰石得到；大部分由煅烧石灰石得到；大部分由煅烧石灰石得到；大部分由

5、煅烧石灰石得到；一部分由重碱煅烧而来。一部分由重碱煅烧而来。一部分由重碱煅烧而来。一部分由重碱煅烧而来。【石灰石煅烧石灰石煅烧石灰石煅烧石灰石煅烧】CaCOCaCO3 3 =CaOCaO+CO+CO2 2石灰窑中煅烧来的石灰窑中煅烧来的石灰窑中煅烧来的石灰窑中煅烧来的CaOCaO供供供供“氨回收氨回收氨回收氨回收”反应用：反应用：反应用：反应用：【石灰乳制备石灰乳制备石灰乳制备石灰乳制备】CaOCaO+H+H2 2O=Ca(OH)O=Ca(OH)2 2三、三、氨碱法制碱的生产流程氨碱法制碱的生产流程氨碱法生产流程如图氨碱法生产流程如图氨碱法生产流程如图氨碱法生产流程如图4.44.4。简要流程如

6、下：。简要流程如下：。简要流程如下：。简要流程如下：食盐水的制备和精制食盐水的制备和精制食盐水的制备和精制食盐水的制备和精制食盐水吸氨成氨盐水食盐水吸氨成氨盐水食盐水吸氨成氨盐水食盐水吸氨成氨盐水NHNH3 3氨盐水碳酸化氨盐水碳酸化氨盐水碳酸化氨盐水碳酸化COCO2 2碳酸化悬浮液过滤碳酸化悬浮液过滤碳酸化悬浮液过滤碳酸化悬浮液过滤NaHCONaHCO3 3煅烧成纯碱煅烧成纯碱煅烧成纯碱煅烧成纯碱NaHCONaHCO3 3(g)(g)NHNH4 4ClClNaClNaCl少量少量少量少量NHNH4 4HCOHCO3 3及及及及(NH4)(NH4)2 2COCO3 3NaHCONaHCO3 3

7、(g)(g)母液回收氨母液回收氨母液回收氨母液回收氨（母液：（母液：（母液：（母液：NHNH4 4ClCl、未用、未用、未用、未用NaClNaCl、少量少量少量少量NHNH4 4HCOHCO3 3及及及及(NH(NH4 4)2 2COCO3 3)生石灰制石灰乳生石灰制石灰乳生石灰制石灰乳生石灰制石灰乳石灰石制石灰石制石灰石制石灰石制生石灰和生石灰和生石灰和生石灰和COCO2 2NaClNaCl+NH+NH3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=NaHCOO=NaHCO3 3(s)+NH(s)+NH4 4ClClNaHCONaHCO3 3 NaNa2 2COCO3 3+CO+CO2 2+H+H

8、2 2OOCaCOCaCO3 3 =CaOCaO+CO+CO2 2CaOCaO+H+H2 2O=Ca(OH)O=Ca(OH)2 2NHNH4 4Cl+Ca(OH)Cl+Ca(OH)2 2 NH NH3 3+CaCl+CaCl2 2+H+H2 2OOCaOCaO产品纯碱产品纯碱产品纯碱产品纯碱吸收尾气吸收尾气吸收尾气吸收尾气COCO2 2除去除去除去除去CaCa离子离子离子离子加加加加Ca(OH)Ca(OH)2 2除去除去除去除去MgMgCOCO2 2 图图图图 4.44.4炉炉炉炉气气气气制饱和食盐水制饱和食盐水制饱和食盐水制饱和食盐水除盐水中镁除盐水中镁除盐水中镁除盐水中镁吸收尾气吸收尾气吸

9、收尾气吸收尾气COCO2 2除盐水中钙除盐水中钙除盐水中钙除盐水中钙制饱和氨盐水制饱和氨盐水制饱和氨盐水制饱和氨盐水NHNH3 3溶溶溶溶解解解解碳碳碳碳酸酸酸酸氢氢氢氢盐盐盐盐沉沉沉沉淀淀淀淀并并并并吸吸吸吸收收收收石石石石灰灰灰灰窑窑窑窑中中中中COCO2 2进进进进一一一一步步步步吸吸吸吸收收收收COCO2 2并并并并生生生生成成成成NaHCONaHCO3 3含含含含COCO2 243%43%的石灰窑气的石灰窑气的石灰窑气的石灰窑气含含含含COCO2 290%90%的的的的重碱煅烧气重碱煅烧气重碱煅烧气重碱煅烧气石灰石煅烧制石灰石煅烧制石灰石煅烧制石灰石煅烧制COCO2 2CaO+HCa

10、O+H2 2OO制制制制Ca(OH)Ca(OH)2 2母液气提出母液气提出母液气提出母液气提出NHNH3 3NHNH4 4ClCl及未用及未用及未用及未用NaClNaClCOCO2 2含含含含CaClCaCl2 2废液废液废液废液NaHCONaHCO3 3NaCONaCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2OOP148（1）饱和盐水的制备和精制）饱和盐水的制备和精制 P149【原料原料原料原料】海盐、池盐、岩盐、井水盐、盐湖水海盐、池盐、岩盐、井水盐、盐湖水海盐、池盐、岩盐、井水盐、盐湖水海盐、池盐、岩盐、井水盐、盐湖水【制备及精制过程制备及精制过程制备及精制过程制备及精制过程】将原盐在将原

11、盐在将原盐在将原盐在化盐桶化盐桶化盐桶化盐桶中制备得粗盐水，再中制备得粗盐水，再中制备得粗盐水，再中制备得粗盐水，再精制粗盐将其精制粗盐将其精制粗盐将其精制粗盐将其中中中中CaCa盐盐盐盐和和和和MgMg盐盐盐盐等杂质除去。等杂质除去。等杂质除去。等杂质除去。【精制原因精制原因精制原因精制原因】在吸收氨和碳酸化过程中，可能生成在吸收氨和碳酸化过程中，可能生成在吸收氨和碳酸化过程中，可能生成在吸收氨和碳酸化过程中，可能生成Mg(OH)Mg(OH)2 2和和和和CaCOCaCO3 3沉淀，使管道堵塞或影响产品质量。沉淀，使管道堵塞或影响产品质量。沉淀，使管道堵塞或影响产品质量。沉淀，使管道堵塞或影

12、响产品质量。【精制目标精制目标精制目标精制目标】需除去需除去需除去需除去99%99%以上以上以上以上的钙、镁杂质。的钙、镁杂质。的钙、镁杂质。的钙、镁杂质。四、氨碱法制碱的主要过程和设备四、氨碱法制碱的主要过程和设备除盐除盐粗盐水粗盐水一次盐水一次盐水二次盐水二次盐水去吸氨去吸氨化盐桶化盐桶化盐桶化盐桶除镁除镁除镁除镁除钙塔除钙塔除钙塔除钙塔除钙除钙除钙除钙澄清澄清澄清澄清一次泥一次泥一次泥一次泥二次泥二次泥二次泥二次泥回收盐，沉泥制建筑材料和化工原料回收盐，沉泥制建筑材料和化工原料回收盐，沉泥制建筑材料和化工原料回收盐，沉泥制建筑材料和化工原料【精制反应精制反应】除镁除镁除镁除镁MgMg2+

13、2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2(s)=Mg(OH)(s)=Mg(OH)2 2(s)+Ca(s)+Ca2+2+（一次盐）（一次盐）（一次盐）（一次盐）除钙除钙除钙除钙（可用下列两法之一）可用下列两法之一）可用下列两法之一）可用下列两法之一）石灰石灰石灰石灰-碳酸铵法碳酸铵法碳酸铵法碳酸铵法CaCa2+2+2NH+2NH3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=CaCOO=CaCO3 3(s)+2NH(s)+2NH4 4+石灰纯碱法石灰纯碱法石灰纯碱法石灰纯碱法CaCa2+2+Na+Na2 2COCO3 3 =CaCO =CaCO3 3(s)+2Na(s)+2Na+（二次盐）（二次盐）（二次

14、盐）（二次盐）【两种除钙法比较两种除钙法比较两种除钙法比较两种除钙法比较】石灰石灰石灰石灰-碳酸铵法碳酸铵法碳酸铵法碳酸铵法可用尾气中的氨，省原可用尾气中的氨，省原可用尾气中的氨，省原可用尾气中的氨，省原料，但生成的氯化铵对料，但生成的氯化铵对料，但生成的氯化铵对料，但生成的氯化铵对碳酸化碳酸化碳酸化碳酸化过程不过程不过程不过程不利，使其利，使其利，使其利，使其转化率降低转化率降低转化率降低转化率降低。石灰纯碱法石灰纯碱法石灰纯碱法石灰纯碱法用产品碱除钙虽损耗了部用产品碱除钙虽损耗了部用产品碱除钙虽损耗了部用产品碱除钙虽损耗了部分产品，但没有氯化铵生成，对后续分产品，但没有氯化铵生成，对后续分

15、产品，但没有氯化铵生成，对后续分产品，但没有氯化铵生成，对后续工序碳酸化有利。工序碳酸化有利。工序碳酸化有利。工序碳酸化有利。【设备设备设备设备除钙塔除钙塔除钙塔除钙塔】用用用用石灰石灰石灰石灰-碳酸铵法碳酸铵法碳酸铵法碳酸铵法的除钙塔构造如图。的除钙塔构造如图。的除钙塔构造如图。的除钙塔构造如图。气体从塔底经菌帽齿缝后与溶液充分气体从塔底经菌帽齿缝后与溶液充分气体从塔底经菌帽齿缝后与溶液充分气体从塔底经菌帽齿缝后与溶液充分接触；残气进入上部用水洗涤后排空，接触；残气进入上部用水洗涤后排空，接触；残气进入上部用水洗涤后排空，接触；残气进入上部用水洗涤后排空，洗涤水送去溶盐。洗涤水送去溶盐。洗涤

16、水送去溶盐。洗涤水送去溶盐。图图图图 4.54.5COCO2 2、NHNH3 3【吸氨目的吸氨目的吸氨目的吸氨目的】制备复合碳酸化所需浓度的氨盐水；同时可进制备复合碳酸化所需浓度的氨盐水；同时可进制备复合碳酸化所需浓度的氨盐水；同时可进制备复合碳酸化所需浓度的氨盐水；同时可进一步除去盐水中钙镁杂质。一步除去盐水中钙镁杂质。一步除去盐水中钙镁杂质。一步除去盐水中钙镁杂质。【气氨来源气氨来源气氨来源气氨来源】蒸氨塔回收的母液中的氨，气氨中还含有少量蒸氨塔回收的母液中的氨，气氨中还含有少量蒸氨塔回收的母液中的氨，气氨中还含有少量蒸氨塔回收的母液中的氨，气氨中还含有少量二氧化碳和水蒸气。二氧化碳和水蒸

17、气。二氧化碳和水蒸气。二氧化碳和水蒸气。【吸氨反应吸氨反应吸氨反应吸氨反应】NH NH3 3+H+H2 2O=NHO=NH4 4OH OH +Q+Q 2NH 2NH3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=(NHO=(NH4 4)2 2COCO3 3 +Q+Q 副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。【热力学分析热力学分析热力学分析热力学分析】T T （低温（低温（低温（低温有利吸氨）有利吸氨）有利吸氨）有利吸氨）反应放热较多，需及时反应放热较多，需及时反应放热较多，需及时反应放热较

18、多，需及时移热移热移热移热。温度。温度。温度。温度，氨分，氨分，氨分，氨分压压压压，氨溶解度，氨溶解度，氨溶解度，氨溶解度 不利吸氨；不利吸氨；不利吸氨；不利吸氨；【解决解决解决解决办办办办法法法法】导导导导出出出出盐盐盐盐水并用水并用水并用水并用多个塔外水冷器多个塔外水冷器多个塔外水冷器多个塔外水冷器冷却；冷却；冷却；冷却；【操作温度操作温度操作温度操作温度】但温度但温度但温度但温度过过过过低会使生成碳酸低会使生成碳酸低会使生成碳酸低会使生成碳酸铵铵铵铵、碳酸、碳酸、碳酸、碳酸氢铵氢铵氢铵氢铵等等等等结结结结晶析出，堵塞管道，一般控制塔晶析出，堵塞管道，一般控制塔晶析出，堵塞管道，一般控制塔

19、晶析出，堵塞管道，一般控制塔中部中部中部中部温度不超温度不超温度不超温度不超过过过过60-65 60-65，底部底部底部底部为为为为30 30 。（2）盐水吸氨制氨盐水）盐水吸氨制氨盐水 P150 COCO2 2存在存在存在存在有利吸氨有利吸氨有利吸氨有利吸氨 若溶液中若溶液中若溶液中若溶液中COCO2 2浓度增大，浓度增大，浓度增大，浓度增大，COCO2 2与氨反应右移可使氨平衡与氨反应右移可使氨平衡与氨反应右移可使氨平衡与氨反应右移可使氨平衡分压下降，从而有利吸氨。如图分压下降，从而有利吸氨。如图分压下降，从而有利吸氨。如图分压下降，从而有利吸氨。如图4.64.6所示。所示。所示。所示。图

20、图图图 4.64.6 游离游离游离游离NHNH3 3与与与与NaClNaCl摩尔比（摩尔比（摩尔比（摩尔比（1.08-1.121.08-1.12：1 1）由碳酸化过程看，理论游离由碳酸化过程看，理论游离由碳酸化过程看，理论游离由碳酸化过程看，理论游离NHNH3 3与与与与NaClNaCl的摩尔比应为的摩尔比应为的摩尔比应为的摩尔比应为1 1。当。当。当。当n(NHn(NH3 3/NaCl)1/NaCl)1，则会有多余，则会有多余，则会有多余，则会有多余NHNH4 4HCOHCO3 3 、(NH(NH4 4)2 2COCO3 3等析出，降等析出，降等析出，降等析出，降低氨的利用率；若当低氨的利用

21、率；若当低氨的利用率；若当低氨的利用率；若当n(NHn(NH3 3/NaCl)1/NaCl)100R100时时时时，溶液中有效氨，溶液中有效氨，溶液中有效氨，溶液中有效氨浓浓浓浓度已很低，需依靠氨基甲酸度已很低，需依靠氨基甲酸度已很低，需依靠氨基甲酸度已很低，需依靠氨基甲酸铵铵铵铵水解的氨才能水解的氨才能水解的氨才能水解的氨才能继续继续继续继续碳酸化，故碳酸化，故碳酸化，故碳酸化，故“水解水解水解水解”是碳酸化的控制步是碳酸化的控制步是碳酸化的控制步是碳酸化的控制步骤骤骤骤。氨氨氨氨盐盐盐盐水碳酸化反水碳酸化反水碳酸化反水碳酸化反应应应应是放是放是放是放热热热热反反反反应应应应，放，放，放，放

22、热热热热量不大，但是要量不大，但是要量不大，但是要量不大，但是要注意冷注意冷注意冷注意冷却却却却才能保才能保才能保才能保证证证证反反反反应应应应正常正常正常正常进进进进行。行。行。行。【总结总结总结总结】氨盐比越大氨盐比越大氨盐比越大氨盐比越大，综合原料利率率越高；，综合原料利率率越高；，综合原料利率率越高；，综合原料利率率越高；COCO2 2分压越高分压越高分压越高分压越高碳酸化速度越快，碳酸化速度越快，碳酸化速度越快，碳酸化速度越快，温度低温度低温度低温度低有利于结晶。有利于结晶。有利于结晶。有利于结晶。游离游离游离游离 已结合成氨盐已结合成氨盐已结合成氨盐已结合成氨盐总氨浓度总氨浓度总氨

23、浓度总氨浓度注意点：注意点：补充知识补充知识 钠利用率钠利用率钠利用率钠利用率的定义：在碳酸化过程中，的定义：在碳酸化过程中，的定义：在碳酸化过程中，的定义：在碳酸化过程中，NaClNaCl转化为转化为转化为转化为NaHCONaHCO3 3固固固固体的转化率称为钠利用率，以体的转化率称为钠利用率，以体的转化率称为钠利用率，以体的转化率称为钠利用率，以U UNaNa表示之。表示之。表示之。表示之。氨利用率氨利用率氨利用率氨利用率的定义：的定义：的定义：的定义：NHNH4 4HCOHCO3 3转化为转化为转化为转化为NHNH4 4ClCl的转化率称为氨利的转化率称为氨利的转化率称为氨利的转化率称为

24、氨利用率，以用率，以用率，以用率，以U UNH3NH3表示之。表示之。表示之。表示之。如果如果如果如果U UNaNa，则生产每吨纯碱所消耗的氨盐水量则生产每吨纯碱所消耗的氨盐水量则生产每吨纯碱所消耗的氨盐水量则生产每吨纯碱所消耗的氨盐水量，盐水的制备，盐水的制备，盐水的制备，盐水的制备，精制，吸氨及氨盐水的冷却都可以在低负荷下工作。碳酸化母精制，吸氨及氨盐水的冷却都可以在低负荷下工作。碳酸化母精制，吸氨及氨盐水的冷却都可以在低负荷下工作。碳酸化母精制，吸氨及氨盐水的冷却都可以在低负荷下工作。碳酸化母液量液量液量液量 ，蒸馏母液用的蒸汽、石灰乳及冷却水用量，蒸馏母液用的蒸汽、石灰乳及冷却水用量，

25、蒸馏母液用的蒸汽、石灰乳及冷却水用量，蒸馏母液用的蒸汽、石灰乳及冷却水用量 。相应地。相应地。相应地。相应地生产石灰所需的石灰石及焦炭用量生产石灰所需的石灰石及焦炭用量生产石灰所需的石灰石及焦炭用量生产石灰所需的石灰石及焦炭用量 。氨的循环量。氨的循环量。氨的循环量。氨的循环量 ，因之氨，因之氨，因之氨，因之氨的损耗量的损耗量的损耗量的损耗量 。由此可见，钠利用率不仅关系到氯化钠的消耗定额，而且也由此可见，钠利用率不仅关系到氯化钠的消耗定额，而且也由此可见，钠利用率不仅关系到氯化钠的消耗定额，而且也由此可见，钠利用率不仅关系到氯化钠的消耗定额，而且也关系到纯碱产量和各种原料的消耗定额。关系到纯

26、碱产量和各种原料的消耗定额。关系到纯碱产量和各种原料的消耗定额。关系到纯碱产量和各种原料的消耗定额。【碳酸化塔结构碳酸化塔结构碳酸化塔结构碳酸化塔结构】P153P153 图图图图 4.84.8 塔底引入的塔底引入的塔底引入的塔底引入的COCO2 2压力压力压力压力 为为为为0.0.0.0.28MPa28MPa时，最终碳酸化度时，最终碳酸化度时，最终碳酸化度时，最终碳酸化度能达能达能达能达190%190%左右。左右。左右。左右。温度温度温度温度 氨盐水氨盐水氨盐水氨盐水进塔进塔进塔进塔T T：30305050；塔中部塔中部塔中部塔中部T T升到升到升到升到60 60 左右，中部不冷却；左右，中部

27、不冷却；左右，中部不冷却；左右，中部不冷却；塔底塔底塔底塔底T T：30 30 以下，需冷却保以下，需冷却保以下，需冷却保以下，需冷却保证结证结证结证结晶析出，但不可晶析出，但不可晶析出，但不可晶析出，但不可过过过过低以免低以免低以免低以免NHNH4 4ClCl也析出。也析出。也析出。也析出。冷却与结晶冷却与结晶冷却与结晶冷却与结晶 碳化塔碳化塔碳化塔碳化塔中部中部中部中部因反应自身放热温度高些，因反应自身放热温度高些，因反应自身放热温度高些，因反应自身放热温度高些，不进行冷却不进行冷却不进行冷却不进行冷却，是考虑结晶初期温度高些有利晶粒，是考虑结晶初期温度高些有利晶粒，是考虑结晶初期温度高些

28、有利晶粒，是考虑结晶初期温度高些有利晶粒长大（较大晶体利于过滤）。同时，长大（较大晶体利于过滤）。同时，长大（较大晶体利于过滤）。同时，长大（较大晶体利于过滤）。同时，冷却速度不冷却速度不冷却速度不冷却速度不宜过快宜过快宜过快宜过快，过快晶体细小，可能形成结晶浆，难于，过快晶体细小，可能形成结晶浆，难于，过快晶体细小，可能形成结晶浆，难于，过快晶体细小，可能形成结晶浆，难于过滤分离，而缓慢冷却得到的晶粒大。过滤分离，而缓慢冷却得到的晶粒大。过滤分离，而缓慢冷却得到的晶粒大。过滤分离，而缓慢冷却得到的晶粒大。清洗清洗清洗清洗 生产中要注意清洗堵塞的结晶及杂质沉淀。生产中要注意清洗堵塞的结晶及杂质

29、沉淀。生产中要注意清洗堵塞的结晶及杂质沉淀。生产中要注意清洗堵塞的结晶及杂质沉淀。往往设置往往设置往往设置往往设置1 1个清洗塔，个清洗塔，个清洗塔，个清洗塔，4 4个制碱塔。采用新鲜氨盐个制碱塔。采用新鲜氨盐个制碱塔。采用新鲜氨盐个制碱塔。采用新鲜氨盐水和稀水和稀水和稀水和稀COCO2 2使碳酸氢盐生成碳酸盐从而溶解除去。使碳酸氢盐生成碳酸盐从而溶解除去。使碳酸氢盐生成碳酸盐从而溶解除去。使碳酸氢盐生成碳酸盐从而溶解除去。氨盐水停留时间氨盐水停留时间氨盐水停留时间氨盐水停留时间 1.5-2h(1.5-2h(有充分水解时间有充分水解时间有充分水解时间有充分水解时间)钠利用率钠利用率钠利用率钠利

30、用率 75%75%；氨利用率氨利用率氨利用率氨利用率 72%-73%72%-73%；晶浆含；晶浆含；晶浆含；晶浆含NaHCONaHCO3 345%-50%45%-50%吸吸收收段段冷冷却却段段（析析出出结结晶晶）含含含含COCO2 240%40%的窑气的窑气的窑气的窑气含含含含COCO2 290%90%的重碱煅的重碱煅的重碱煅的重碱煅烧炉气烧炉气烧炉气烧炉气当氨盐比为当氨盐比为当氨盐比为当氨盐比为1:11:1且原盐水饱和时，碳酸化度与且原盐水饱和时，碳酸化度与且原盐水饱和时，碳酸化度与且原盐水饱和时，碳酸化度与COCO2 2平衡分压的关系如图平衡分压的关系如图平衡分压的关系如图平衡分压的关系如

31、图4.94.9。图图图图 4.94.91.91.90.28MPa0.28MPa在塔内在塔内在塔内在塔内碳酸化过程进行情况及碳酸化度沿塔高碳酸化过程进行情况及碳酸化度沿塔高碳酸化过程进行情况及碳酸化度沿塔高碳酸化过程进行情况及碳酸化度沿塔高分布如图分布如图分布如图分布如图4.104.10。图图图图 4.104.10【重碱重碱重碱重碱过滤过滤过滤过滤】碳化塔底的母液碳化塔底的母液碳化塔底的母液碳化塔底的母液仅仅仅仅含含含含45%-50%45%-50%的晶的晶的晶的晶浆浆浆浆，煅，煅，煅，煅烧烧烧烧分离前需分离前需分离前需分离前需过滤过滤过滤过滤。因因因因为为为为煅煅煅煅烧时杂质烧时杂质烧时杂质烧时

32、杂质会分解，会分解，会分解，会分解，过滤过滤过滤过滤后的后的后的后的滤饼滤饼滤饼滤饼需需需需进进进进行行行行洗洗洗洗涤涤涤涤，以将重碱中残留，以将重碱中残留，以将重碱中残留，以将重碱中残留母液洗去，降低成品母液洗去，降低成品母液洗去，降低成品母液洗去，降低成品纯纯纯纯碱中碱中碱中碱中氯氯氯氯化化化化钠钠钠钠的含量。用的含量。用的含量。用的含量。用软软软软水洗水洗水洗水洗，以免，以免，以免，以免带带带带入入入入CaCa+、MgMg+形成沉淀堵塞形成沉淀堵塞形成沉淀堵塞形成沉淀堵塞滤滤滤滤布。布。布。布。杂质分解反应杂质分解反应杂质分解反应杂质分解反应 NHNH4 4HCOHCO3 3=NH=NH

33、3 3+CO+CO2 2+H+H2 2OO NH NH4 4Cl+NaHCOCl+NaHCO3 3=NH=NH3 3+CO+CO2 2+NaCl+H+NaCl+H2 2OO 常用常用常用常用真空真空真空真空过滤过滤过滤过滤机机机机来完成来完成来完成来完成过滤过滤过滤过滤，其操，其操，其操，其操作示意如作示意如作示意如作示意如图图图图。滤滤滤滤液送去蒸氨塔回收氨，吸出的气液送去蒸氨塔回收氨，吸出的气液送去蒸氨塔回收氨，吸出的气液送去蒸氨塔回收氨，吸出的气体中含有少量体中含有少量体中含有少量体中含有少量NHNH3 3和和和和COCO2 2，经经经经水洗水洗水洗水洗回收氨后，由真空回收氨后，由真空回

34、收氨后，由真空回收氨后，由真空泵泵泵泵排出。排出。排出。排出。（4）碳酸氢钠的过滤及煅烧）碳酸氢钠的过滤及煅烧 P156【煅烧反应煅烧反应煅烧反应煅烧反应】将湿重碱经煅烧制得纯碱，同时回收将湿重碱经煅烧制得纯碱，同时回收将湿重碱经煅烧制得纯碱，同时回收将湿重碱经煅烧制得纯碱，同时回收COCO2 2。2NaHCO2NaHCO3 3(s)=Na(s)=Na2 2COCO3 3(s)+CO(s)+CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(g)O(g)【煅烧的生产要求煅烧的生产要求煅烧的生产要求煅烧的生产要求】纯碱含盐少；不含未分解的重碱；煅烧炉气中纯碱含盐少；不含未分解的重碱；煅烧炉气中纯碱含盐少；不

35、含未分解的重碱；煅烧炉气中纯碱含盐少；不含未分解的重碱；煅烧炉气中COCO2 2浓浓浓浓度高；尽量降低煅烧能耗。度高；尽量降低煅烧能耗。度高；尽量降低煅烧能耗。度高；尽量降低煅烧能耗。【煅烧的工艺条件煅烧的工艺条件煅烧的工艺条件煅烧的工艺条件】温度（温度（温度（温度（160190160190 ）平衡平衡平衡平衡COCO2 2分压表分压表分压表分压表 温度温度温度温度/30 50 70 90 100 110 12030 50 70 90 100 110 120 p pCO2CO2/kPa 0.83 4.0 16.0 55.2 97.4 167 170/kPa 0.83 4.0 16.0 55.2

36、 97.4 167 170pCO2T/注意：注意：注意：注意：实际上是分解固体，但晶实际上是分解固体，但晶实际上是分解固体，但晶实际上是分解固体，但晶浆中含有水，所以书中称碳酸氢浆中含有水，所以书中称碳酸氢浆中含有水，所以书中称碳酸氢浆中含有水，所以书中称碳酸氢钠溶液上方钠溶液上方钠溶液上方钠溶液上方COCO2 2平衡分压。平衡分压。平衡分压。平衡分压。分压接近分压接近分压接近分压接近0.1MPa0.1MPa，可使重碱完全分解，可使重碱完全分解，可使重碱完全分解，可使重碱完全分解 但但但但实际实际实际实际操作温度操作温度操作温度操作温度较较较较高，达到高，达到高，达到高，达到160190160

37、190左右。因左右。因左右。因左右。因为为为为温度升高温度升高温度升高温度升高，反反反反应应应应速度增速度增速度增速度增长长长长很快很快很快很快。例如。例如。例如。例如160160度度度度时时时时完全分解完全分解完全分解完全分解约约约约需需需需1 1小小小小时时时时，而在，而在，而在，而在190190度度度度时时时时却只需却只需却只需却只需3030分分分分钟钟钟钟。组组组组成随成随成随成随时间变时间变时间变时间变化如化如化如化如图图图图4.124.12。图图图图 4.124.12 湿滤饼含水量（湿滤饼含水量（湿滤饼含水量（湿滤饼含水量（8%8%以下以下以下以下 ）【返碱返碱返碱返碱】炉内水分含

38、量高时，煅烧时容易结疤。煅烧时需炉内水分含量高时，煅烧时容易结疤。煅烧时需炉内水分含量高时，煅烧时容易结疤。煅烧时需炉内水分含量高时，煅烧时容易结疤。煅烧时需将煅烧过的纯碱与湿滤饼混合，调解滤饼水分到将煅烧过的纯碱与湿滤饼混合，调解滤饼水分到将煅烧过的纯碱与湿滤饼混合，调解滤饼水分到将煅烧过的纯碱与湿滤饼混合，调解滤饼水分到8%8%以下以下以下以下（该循环用碱叫（该循环用碱叫（该循环用碱叫（该循环用碱叫返碱返碱返碱返碱）。）。）。）。另外，另外，另外，另外，煅烧过程得到的煅烧过程得到的煅烧过程得到的煅烧过程得到的COCO2 2浓度高，要回收用于碳酸化过程。浓度高，要回收用于碳酸化过程。浓度高，

39、要回收用于碳酸化过程。浓度高，要回收用于碳酸化过程。【煅烧设备煅烧设备】主要有三种：蒸汽煅烧炉、外热式回转煅烧炉、沸腾炉煅烧主要有三种：蒸汽煅烧炉、外热式回转煅烧炉、沸腾炉煅烧主要有三种：蒸汽煅烧炉、外热式回转煅烧炉、沸腾炉煅烧主要有三种：蒸汽煅烧炉、外热式回转煅烧炉、沸腾炉煅烧炉等。炉等。炉等。炉等。蒸汽煅烧炉蒸汽煅烧炉蒸汽煅烧炉蒸汽煅烧炉结构如图结构如图结构如图结构如图4.13.4.13.蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽经经经经炉尾空心炉尾空心炉尾空心炉尾空心轴进轴进轴进轴进入汽室再分配到加入汽室再分配到加入汽室再分配到加入汽室再分配到加热热热热管；返碱和重碱管；返碱和重碱管；返碱和重碱管；返碱和重碱从炉

40、从炉从炉从炉头头头头送入炉内；煅送入炉内；煅送入炉内；煅送入炉内；煅烧烧烧烧好的好的好的好的纯纯纯纯碱由炉尾出；煅碱由炉尾出；煅碱由炉尾出；煅碱由炉尾出；煅烧烧烧烧气气气气经经经经水洗水洗水洗水洗冷却，回收氨和碱冷却，回收氨和碱冷却，回收氨和碱冷却，回收氨和碱尘尘尘尘后送回碳酸化。后送回碳酸化。后送回碳酸化。后送回碳酸化。蒸汽煅蒸汽煅蒸汽煅蒸汽煅烧烧烧烧炉返碱量、蒸汽耗量与含水量关系如炉返碱量、蒸汽耗量与含水量关系如炉返碱量、蒸汽耗量与含水量关系如炉返碱量、蒸汽耗量与含水量关系如图图图图4.144.14。返返碱碱量量蒸蒸汽汽耗耗量量进料含水量进料含水量进料含水量进料含水量 图图图图 4.134

41、.13P157自身返碱蒸汽煅烧炉回转凉碱炉自身返碱蒸汽煅烧炉回转凉碱炉(5)氨的氨的回收回收 P158【目的目的目的目的】回收碳酸化过滤重碱后的母液中的氨及淡液中的氨。回收碳酸化过滤重碱后的母液中的氨及淡液中的氨。回收碳酸化过滤重碱后的母液中的氨及淡液中的氨。回收碳酸化过滤重碱后的母液中的氨及淡液中的氨。【母液母液母液母液】过滤重碱后含游离氨、结合氨的过滤液为母液。过滤重碱后含游离氨、结合氨的过滤液为母液。过滤重碱后含游离氨、结合氨的过滤液为母液。过滤重碱后含游离氨、结合氨的过滤液为母液。母液中的氨母液中的氨母液中的氨母液中的氨 除此之外，母液中还含有除此之外，母液中还含有除此之外，母液中还含

42、有除此之外，母液中还含有NaHCONaHCO3 3、NaClNaCl（见见见见P158P158表表表表4.34.3）【淡液淡液淡液淡液】洗涤用水、洗涤用水、洗涤用水、洗涤用水、冷凝液及其他含氨用水等各种含氨液叫淡冷凝液及其他含氨用水等各种含氨液叫淡冷凝液及其他含氨用水等各种含氨液叫淡冷凝液及其他含氨用水等各种含氨液叫淡液，淡液中只含液，淡液中只含液，淡液中只含液，淡液中只含游离氨游离氨游离氨游离氨。【母液蒸馏母液蒸馏母液蒸馏母液蒸馏】母液经蒸氨塔先母液经蒸氨塔先母液经蒸氨塔先母液经蒸氨塔先直接加热直接加热直接加热直接加热将游离氨中蒸出将游离氨中蒸出将游离氨中蒸出将游离氨中蒸出NHNH3 3及及

43、及及COCO2 2，再添加，再添加，再添加，再添加石灰乳石灰乳石灰乳石灰乳将结合氨分解出的将结合氨分解出的将结合氨分解出的将结合氨分解出的NHNH3 3 蒸出的过程，叫母蒸出的过程，叫母蒸出的过程，叫母蒸出的过程，叫母液蒸馏。液蒸馏。液蒸馏。液蒸馏。【淡液蒸馏淡液蒸馏淡液蒸馏淡液蒸馏】将淡液中的游离氨将淡液中的游离氨将淡液中的游离氨将淡液中的游离氨直接加热直接加热直接加热直接加热蒸馏出蒸馏出蒸馏出蒸馏出NHNH3 3的过程，的过程，的过程，的过程，叫淡液蒸馏。叫淡液蒸馏。叫淡液蒸馏。叫淡液蒸馏。游离氨游离氨游离氨游离氨:(NHNH4 4)2 2COCO3 3、NHNH4 4HCOHCO3 3结

44、合氨结合氨结合氨结合氨:NHNH4 4ClCl 蒸馏原理蒸馏原理为了减少重碱母液蒸氨塔的负荷，大型碱厂都设置为了减少重碱母液蒸氨塔的负荷，大型碱厂都设置为了减少重碱母液蒸氨塔的负荷，大型碱厂都设置为了减少重碱母液蒸氨塔的负荷，大型碱厂都设置单独淡液蒸馏塔另行蒸馏。单独淡液蒸馏塔另行蒸馏。单独淡液蒸馏塔另行蒸馏。单独淡液蒸馏塔另行蒸馏。母母母母液液液液蒸蒸蒸蒸氨氨氨氨塔塔塔塔淡淡淡淡液液液液蒸蒸蒸蒸馏馏馏馏塔塔塔塔加热加热加热加热蒸游蒸游蒸游蒸游离氨离氨离氨离氨加石加石加石加石灰乳灰乳灰乳灰乳蒸结蒸结蒸结蒸结合氨合氨合氨合氨含氨淡液含氨淡液母液蒸馏原理及设备母液蒸馏原理及设备母液蒸馏原理及设备母

45、液蒸馏原理及设备【加热段中的反应加热段中的反应加热段中的反应加热段中的反应】NH NH4 4HCOHCO3 3=NH=NH3 3(g)+CO(g)+CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(g)O(g)(NH(NH4 4)2 2COCO3 3=2NH=2NH3 3(g)+CO(g)+CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(g)O(g)母液中少量的母液中少量的母液中少量的母液中少量的NaHCONaHCO3 3 和和和和NaNa2 2COCO3 3 还发生下列反应：还发生下列反应：还发生下列反应：还发生下列反应：NaHCONaHCO3 3+NH+NH4 4Cl=NHCl=NH3 3(g)+CO(g)

46、+CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(g)+O(g)+NaCl(sNaCl(s)NaNa2 2COCO3 3+2NH+2NH4 4Cl=2NHCl=2NH3 3(g)+CO(g)+CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(g)+2NaCl(s)O(g)+2NaCl(s)但上述但上述但上述但上述NHNH4 4ClCl的反应，不能有效回收结合氨。的反应，不能有效回收结合氨。的反应，不能有效回收结合氨。的反应，不能有效回收结合氨。【石灰乳蒸馏段中的反应石灰乳蒸馏段中的反应石灰乳蒸馏段中的反应石灰乳蒸馏段中的反应】2NH2NH4 4Cl+Ca(OH)Cl+Ca(OH)2 2=2NH=2NH3 3(g

47、)+H(g)+H2 2O(g)+CaClO(g)+CaCl2 2(s)(s)石灰乳会与溶液中的石灰乳会与溶液中的石灰乳会与溶液中的石灰乳会与溶液中的SOSO4 42-2-生成生成生成生成CaSOCaSO4 42H2H2 2OO，使蒸氨，使蒸氨，使蒸氨，使蒸氨塔结疤，久而久之，就将蒸馏塔堵死。如何延长蒸氨塔的操塔结疤，久而久之，就将蒸馏塔堵死。如何延长蒸氨塔的操塔结疤，久而久之，就将蒸馏塔堵死。如何延长蒸氨塔的操塔结疤，久而久之，就将蒸馏塔堵死。如何延长蒸氨塔的操作周期，也是制碱工作者的研究课题。作周期，也是制碱工作者的研究课题。作周期，也是制碱工作者的研究课题。作周期，也是制碱工作者的研究课题

48、。若直接先加入石灰乳，则有：若直接先加入石灰乳，则有：COCO2 2+Ca(OH)Ca(OH)2 2=CaCOCaCO3 3(s)+H(s)+H2 2OO反应造成石灰乳及反应造成石灰乳及反应造成石灰乳及反应造成石灰乳及CO2CO2损失，故损失，故损失，故损失，故蒸馏分两段进行。蒸馏分两段进行。蒸馏分两段进行。蒸馏分两段进行。【蒸氨塔结构蒸氨塔结构蒸氨塔结构蒸氨塔结构】如图如图如图如图 P159P159 蒸氨主要部分及作用：蒸氨主要部分及作用：蒸氨主要部分及作用：蒸氨主要部分及作用：1.1.母液预热器母液预热器母液预热器母液预热器 作用：预热母液，回收气体热量；作用：预热母液，回收气体热量；作用

49、：预热母液，回收气体热量；作用：预热母液，回收气体热量；2.2.预热段预热段预热段预热段 作用：蒸出母液中含有的游离氨及作用：蒸出母液中含有的游离氨及作用：蒸出母液中含有的游离氨及作用：蒸出母液中含有的游离氨及COCO2 2；3.3.预灰桶预灰桶预灰桶预灰桶 作用：加入作用：加入作用：加入作用：加入Ca(OH)Ca(OH)2 2与与与与NHNH4 4ClCl进行反应；进行反应；进行反应；进行反应；4.4.石灰乳蒸馏段石灰乳蒸馏段石灰乳蒸馏段石灰乳蒸馏段 作用：蒸出预灰桶回流液中的结合氨；作用：蒸出预灰桶回流液中的结合氨；作用：蒸出预灰桶回流液中的结合氨；作用：蒸出预灰桶回流液中的结合氨；图图图

50、图 4.164.16加热段加热段加热段加热段蒸游离氨得蒸游离氨得蒸游离氨得蒸游离氨得NHNHNHNH3 3 3 3、COCOCOCO2 2 2 2、水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气加热段加热段加热段加热段蒸游离氨得蒸游离氨得蒸游离氨得蒸游离氨得NHNHNHNH3 3 3 3、COCOCOCO2 2 2 2、水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气母液预热母液预热母液预热母液预热预灰桶中预灰桶中预灰桶中预灰桶中加入石灰乳加入石灰乳加入石灰乳加入石灰乳母液蒸氨塔要点：母液蒸氨塔要点：母液蒸氨塔要点：母液蒸氨塔要点：石灰乳调剂成较高浓度以减少蒸汽用量，但太石灰乳调剂成较高浓度以减少蒸汽用量，但太石灰乳调剂成较高浓度以减少蒸