纯碱与烧碱.doc

1、1纯碱与烧碱教学设计：以氨碱法为重点，学习物质之间相互转化的合理设计，通过科学探究活动，认识分离、提纯物质的方法。对于联合制碱法，则侧重于与氨碱法的比较，认识它们的区别和联系，不宜过多地涉及复杂盐溶液体系的分离和提纯问题。绪论（4 课时）一、纯碱的性质和用途Na2CO3，纯碱，苏打，碱灰。1，7，10 三种水合物。分类：超轻质，轻质，重质纯碱。化学性质：强碱性，高温分解，易生成氧化钠。用途：纯碱是重要的化工原料。其年产量在一定程度上反映一个国家化学工业的发展水平。自 2003 年起，我国纯碱工业在世界上稳居 6 个第一 。二、工业生产方法生产历史：天然碱，草木灰 1791 年路布兰法1861

2、年氨碱法（苏维尔法）1942 联合制碱法（侯德榜）(一)路布兰法化学反应：2NaCl+ H2SO4=Na2SO4+2HClNaSO4+2C =Na2S+2CO2Na2S+CaCO3 = Na2CO3 + CaS缺点：原料利用低，质量差，成本高，间歇生产。（二）氨碱法苏维尔，比利原料：食盐，石灰石，焦炭，氨。优点：原料来源方便，质量好，成本低，连续生产。石灰石煅烧；盐水制备；氨盐水制备及碳酸化； 重碱的分离及煅烧；氨回收。 氨碱法原则工艺流程：2（三）联合法制碱法（侯德榜）我国著名化学家侯德榜 1942 年提出了完整的工业生产方法。1961 年在大连建成了我国第一座联碱车间，现在已经成为制碱工业

3、的主要技术支柱和方法之一。 原料：食盐，氨，二氧化碳。产品：纯碱，氯化铵。优点：原料利用率，质量好，成本低，连续生产。联合法原则工艺流程：教学反思：纯碱的工业制法这部分内容是化学原理与化工实际生产相结合，提高学生思维能力的载体。作为教师，主要任务是把书本中的原理阐述、分析，设计成问题。不仅仅是正误的简单判断，而是一个接一个的“为什么？”一步一步把学生引入思考与探索。本堂课在上述目标的实施过程中，问题的设计和量方面完成的比较好。第一章氨碱法制纯碱（40 学时）教学目标一、认知目标1、了解工业制纯碱的简单工艺流程2、理解纯碱工业制法中所应用的相关化学原理3教学重点：氨碱法的生产原理。教学难点：复杂

4、盐溶液体系中固体物质的结晶、分离和提纯。二、能力目标1、了解理论与实际的差异，提高理论联系实际的能力2、通过问题的推理与思考，培养思维迁移与发散三、情感目标1、在相互的讨论中，实现学生之间的沟通与情感交流2、在师生的平等对话中，加强课堂民主,激发学生的学习兴趣3、培养严谨求实的科学精神，树立科技兴国的理念教学方法引导、合作、探究模式第一节 石灰石煅烧及石灰乳制备一、石灰石煅烧的基本原理作用：产物二氧化碳用于氨盐水碳化；生石灰消化后回收氨。（一）反应的化学平衡与理论分解温度的确定1.煅烧反应CaCO3 (s) = CaO(s)+ CO2 (l)体积增大的吸热可逆反应自由度独立组分数-相数+21温

5、度和平衡压力一个确定，另一个随之而定。2.理论分解温度CO2 分压为 0.1MPa 时的最低分解温度；理论上为 1180 。（二）窑气中 CO2 浓度的计算 CO2 的来源 ：碳酸钙和少量碳酸镁分解 煤炭燃烧。配焦率 F:100kg 石灰石所配燃料煤质量，百分数。窑气中 CO2 浓度计算公式：由于空气中氧不能完全利用，煤的不完全燃烧，产生部分 CO 和配焦率等原因，使窑气中的 CO2 浓度一般只能在 40%左右。 二、石灰窑的工艺控制指标及操作控制要点石灰窑的形式很多，目前采用最多的是连续操作的竖窑。石灰窑(竖窑)的结构如图。石灰石和固体燃料由窑顶装入，在窑内自上而下运动，%102.13.84

6、10%332 FCMgOCaO浓 度 4经过预热、锻烧和冷却三个区。 （一）石灰窑的工艺控制指标石灰窑的工艺控制指标主要有生产能力、生产强度、碳酸钙分解率、热效率。1.石灰窑的生产能力即石灰窑每天煅烧石灰石的质量，以 Q 表示。Q=2Br/Z t/d式中 B石灰石的有效容积，m3；r石灰石的堆积密度，t/m3；Z石灰石在窑内的停留时间， h。 2.石灰石的生产强度通常以石灰窑的单位截面积上每天生产石灰的质量表示。式中 A石灰石的生成率，即每千克石灰石经煅烧得到石灰的千克数。3.碳酸钙分解率窑内碳酸钙分解为氧化钙的百分数。式中 a每 100 千克生石灰中含氧化钙的千克数；b每 100 千克生石灰

7、中含碳酸钙的千克数。通常，石灰窑内碳酸钙的分解率在 94%96%之间。4.石灰窑的热效率2/()Wtmd A每 日 投 入 石 灰 石 的 质 量窑 的 横 截 面 积=10%5610ab5用于分解碳酸钙的热量与燃料所放出的总热量之比，以 表示。由于热量损失，石灰窑的热效率在 75%80%之间。（二）石灰窑操作控制要点1.控制要点：保持窑内温度的分布正常与稳定，同时为了避免空气进入，冲稀 CO2 气体的浓度，分解压力取微正压即可。为了获得好的石灰质量，要求石灰石块的大小均匀，其块径在 110180mm 之间，过小则使其通风不良，过大则不宜烧透。此外，生产中还应注意燃料配比和均匀；空气进量与窑内

8、情况配合；所产窑气及时排出；烧好的石灰随时取出，以保持窑温的稳定。2.窑气成分:石灰窑正常生产时，从窑顶排出的窑气成分一般为40% 42%CO2，0.2% 0.3%O2 ，0.1% 0.3%CO，其余为 N2，温度约为 8595。窑气中还含有一定数量的固体粉尘，因此气体出窑之后经过洗涤塔洗尘降温，再入压缩机压缩后送碳化工序。三、石灰乳制备的原理及工艺条件优化（一）石灰乳制备的原理1.消化反应CaO(s) +H2O = Ca(OH) 2(s)放热，体积膨胀的反应。2.四种产品（根据加入水的量）消石灰，细粉末；石灰膏，稠厚；石灰乳，悬浮液，氨回收需要；石灰水，溶液。（二）工艺条件优化氢氧化钙在水中

9、溶解度很低，且随温度升高而降低，其关系如图 10-3。石灰的消化速度与石灰石的煅烧时间，石灰所含的杂质，消化用水温度以及石灰颗粒大小等因素有关。石灰乳较稠，对生产有利，但其粘度随稠厚程度升高而增加。太稠则沉降和阻塞管道及设备。一般工业上制取和使用的石灰乳中含活性氧化钙约 160220tt（滴度，1tt=0.05mol/L） ，相对密度约为 1.171.27。四、石灰乳制备工艺流程的组织及运行石灰消化系统的工艺流程见图。6小结：作业：教学反思：第二节 饱和盐水的制备与精制一、饱和盐水的制备氨碱法用的饱和盐水可以来自海盐、池盐、岩盐、井盐水和盐湖水等。NaCl 在水中的溶解度的变化不大，在室温下为

10、 315kg/m3。工业上的饱和盐水因含有钙镁等杂质而只含 NaCl 300kg/m3 左右。制饱和盐水的化盐桶桶底有带嘴的水管，水自下而上溶解食盐成饱和盐水，从桶上部溢流而出。化盐用的水来自碱厂各处的含氨、二氧化碳或食盐的洗涤水。二、盐水精制的原理及工艺条件优化 盐水杂质： 粗盐水含钙镁离子，杂质形成沉淀或复盐。杂质危害：堵塞管道和设备；氨和食盐的损失；影响产品质量。精制盐水的方法：石灰-碳酸铵法和石灰-纯碱法。 1.石灰-碳酸铵法 用石灰除去盐中的镁(Mg2+)，反应如下： Mg2+ + Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) + Ca2+将分离出沉淀的溶液送入除钙塔中，用碳化塔顶部尾

11、气中的 NH3 和 CO2 再除7去 Ca2+，其化学反应为： 2NH3 + CO2 + H2O +Ca2+ CaCO3(s) + 2NH4+2.石灰-纯碱法 除镁的方法与石灰-碳酸铵法相同，除钙则采用纯碱法，其反应如下：Na2CO3 + Ca2+ CaCO3(s) + 2Na+三、盐水精制工艺流程的组织及操作控制要点 （一）石灰-氨- 二氧化碳法优点：成本低廉，适用于海盐。缺点：氨损失大，流程较复杂。图石灰-碳酸铵法盐水精制流程1-化盐桶； 2-反应罐；3-一次澄清桶；4- 除钙塔；5- 二次澄清桶；6-洗泥桶；7-一次盐泥罐；8- 二次盐泥罐；9-废泥罐；10- 石灰乳桶；11-加泥罐小结

12、：作业：教学反思：第三节 氨盐水的制备与碳酸化目的：制备氨盐水，去除少量钙镁杂质。气氨：来自蒸氨塔。幻灯片 4一、精盐水吸氨的基本原理与工艺条件的优化 （一）化学反应1.氨水生成反应NH3(g)+H2O (L) =NH4OH (aq)2. (NH4 ) 2CO3 生成NH3(g)+CO2 (g)+H2O (L) = (NH4 ) 2CO3 (aq)83.钙镁离子的沉淀反应（二）化学平衡NH3+H2O =NH4OHNH4+OH K1 =0.5， K2 =1.8105 ,氨在水中主要以 NH4OH 形式存在。（三）原盐和氨溶解度的相互影响1.溶解度相互制约NH3 ，NaCl ; NaCl ， NH

13、3 .由于(NH4 ) 2CO3 生成，氨的溶解度有所增加。氨盐水氨的分压较纯氨水低。2.控制吸氨量防止 NaCl 溶解度过低。理论滴度比为 1。实际滴度比 1.08-1.12.（四）吸氨热效应热效应：溶解热+反应热+冷凝热；冷却除热，过热将失去吸氨作用；过冷，易结晶堵塞管道，且杂质分离困难；温度控制在 70 左右，精盐水 3045 。（五）氨盐水制备的工艺条件优化1.NH3/NaCl 比的选择根据碳酸化反应过程的要求，理论上 NH3/NaCl 之比应为 1:1(mol 比)。而生产实践中 NH3/NaCl 的比为 1.081.12。 2.温度的选择 盐水进吸氨塔之前用冷却水冷至 2530，氨

14、气也先经冷却后再进吸氨塔。低温有利盐水吸 NH3，也有利于降低氨气夹带的水蒸气含量，降低对盐水的稀释程度。但温度也不宜太低，否则会生成(NH4)2CO32H2O，NH4HCO3 等结晶堵塞管道和设备。实际生产中进吸收塔的气温一般控制在 5560。3.吸收塔内压力 为了防止和减少吸氨系统的泄漏，吸氨操作是在微负压条件下进行，其压力大小以不妨碍盐水下流为限。 二、吸氨工艺流程组织及运行9常用吸氨塔为多段铸铁单泡罩塔，氨从吸氨塔中部引入，引入处反应剧烈，如不及时移走热量，可使系统温度升高 95C。所以部分吸氨液循环冷却后继续，上部各段都有溶液冷却循环以保证塔内温度使塔中部温度为 60C，底部为 30

15、C。澄清桶的目的是除去少量钙镁盐沉淀，达到杂质含量少于 0.1kg/m-3 的标准。操作压力略低于大气压，减少氨损失和循环氨引入。 三、碳酸化过程的原理及工艺条件优化NaCl+NH3+CO2 + H2O =NaHCO3 +NH4Cl工艺要求：碳酸氢钠的产率高；碳酸氢钠的结晶质量好；产品中含水量低。(一）碳酸化的基本原理1.反应机理复杂反应体系，分三步进行(1)氨基甲酸铵的生成2NH3+CO2 =NH2COO +NH4 +(2)氨基甲酸铵的水解NH2COO + H2O =HCO3 +NH3(3) NaHCO3 结晶生成HCO3 + Na + = NaHCO3(二)氨盐水碳化过程相图分析 吸收二氧

16、化碳并使之饱和的氨盐水溶液及其形成 NaHCO3 沉淀的过程所组成的系统是一个复杂的多相变化系统。该系统由 NH4Cl、NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、(NH4)2CO3 等盐的溶液及结晶所组成。这一系统在碳化塔底部固液接近相平衡，因此可以采用固液体系相图的分析来10判断原料的利用率。 图 10-10 Na+NH4+Cl-HCO3- H2O 体系 图 10-11 钠、氨利用率图解分析等温相图 在实际生产和计算时，用钠的利用率表示氯化钠的利用率 U（Na）： 氨的利用率表示为 U（NH3）： 由图 10-11 还可以看出，在 NaHCO3 结晶区任意一点 X，其U（Na）和 U（NH3）

17、可分别写为：当反应终结，溶液的组成点落在 P1 点时， 最小，则 U（Na）值最大；当溶液组成点落在 P2 点时， 最小，则 U（NH3）最大。由此可推得：对于U（Na） ，EP2P1F；对于 U（NH3） ，EP2P1F 。（三）氨盐水碳化的工艺条件1.碳化度 生产中用碳化度 R 表示氨盐水吸收 CO2 的程度，其表达式为 1)(3ClNalCHONaU 全 氯 的 量生 成 氯 化 氨 的 量原 料 氯 化 钠 的 量固 体 的 量生 成34334()1HNCOHN生 成 氯 化 铵 的 量 生 成 氯 化 氨 的 量原 料 碳 酸 氢 氨 的 量 全 氨 的 量 ()1aNtgCl 33

18、4()11COHtgN2COR溶 液 中 全 部 浓 度总 氨 浓 度 233CONHT11在适当的氨盐水组成条件下，R 值越大，则 NH3 转变成 NH4HCO3 越完全，NaCl 的利用率 U(Na)越高。生产上尽量提高 R 值以达到提高 U(Na)的目的，但受多种因素和条件的限制，实际生产中的碳化度一般只能达到 180%190%。 2.原始氨盐水溶液的理论适宜组成理论适宜组成即在一定温度和压力条件下，塔内达到固液平衡时，液相的组成点落在 P1 点时的原始溶液组成，此时钠的利用率最高。从图 10-12 可以看出，该原始溶液组成点应在 P1 和 B 连线与 NaCl 和NH4HCO3 原始溶

19、液组成线 AC 的交叉点上，即 T 点。 图 10-12 原始溶液适宜组成图 实际生产中，原始氨盐水的组成不可能达到最适宜的浓度，即 T 点。 （四）影响 NaHCO3 结晶的因素NaHCO3 在碳化塔中生成并结晶成重碱。结晶的颗粒愈大，则有利于过滤、洗涤，所得产品含水量低，收率高，煅烧成品纯碱的质量高。因此，碳酸氢钠结晶在纯碱生产过程中对产品的质量有决定性的意义。1温度在开始时(即由塔的顶部往下)液相反应温度逐步升高，中部(约塔高的 2/3 处)温度达到最高；再往下温度开始降低，但降温速度不易太快，以保持过饱和度的稳定；在塔的下部至接连底部的一段塔高内，降温速度可以稍快一些，因为此时反应速度

20、已经很慢，其过饱度不大，降低温度可以提高产率。从保证质量，提高产量的角度出发，塔内的温度分布应为上中下依次为低高低为宜。 2添加晶种 当碳化过程中溶液达到饱和甚至稍过饱和时，并无结晶析出，但在此时若加入少量固体杂质，就可以使溶质以固体杂质为核心，长大而析出晶体。在 NaHCO3 生产中，就是采用往饱和溶液内加晶种并使之长大的办法来提高产量和质量的。 应用此方法时应注意两点：一是加晶种的部位和时间，晶种应加在饱和或过饱和溶液中。二是加入晶种的量要适当。 四、氨盐水碳酸化工艺流程的组织及碳化塔的操作控制要点（一）碳酸化工艺流程的组织12碳酸化的典型工艺流程见图 10-13。 氨化卤泵；2-清洗气压

21、缩机；3-中段气压缩机；4-下段气压缩机；5-分离器；6a，6b- 碳酸化塔7-中段气冷却塔；8- 下段气冷却塔；9-气升输卤器；10-尾气分离器；11-碱液槽(二)碳化塔的操作控制条件1碳化塔的结构 气体进塔可分为一段和二段。一段进气是将窑气和炉气混合后进塔。其 CO2 浓度一般在 60%左右。为了适应生产过程和反应历程的需要，后来改为两段进气，即从塔底送入浓度90%以上的 CO2 锅气，从塔的冷却段中部送入浓度 40%左右 CO2 的窑气。 132碳化塔的操作控制要点 （1）碳化塔液面高度应控制在距塔顶 0.81.5m 处。液面过高，尾气带液严重并导致出气管堵塞；液面过低，则尾气带出的 N

22、H3 和 CO2 量增大，降低了塔的生产能力。（2）氨盐水进塔温度约 3050C，塔中部温度升到 60C 左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温度在 30C 以下，保证结晶析出。（3）碳化塔进气量与出碱速度要匹配，否则，如果出碱过快而进气量不足时，反应区下移，导致结晶细小，产量下降。反之，则反应区上移，塔顶 NH3 及 CO2的损失增大。（4）碳化塔底出碱温度要适当。出碱温度低，NaHCO3 析出量较多，转化率高，产量增加；但温度过低会导致冷却水量大大增加，引起堵塔，缩短制碱周期。（5）倒塔和运行时间要适宜。倒塔周期要严格执行，不要出现随意不规则操作。在倒塔过程中，塔内的温度、流量均处于剧

23、烈变化之中，因此，倒塔运行时间不宜过长。小节：作业：教学反思：第四节 重碱的过滤与煅烧一、重碱过滤的基本原理碳化取出夜：4045固相碳酸氢钠（重碱） 。过滤分离：湿重碱煅烧制纯碱，母夜蒸氨工段回收氨。过滤设备：过滤分离在制碱工业中经常采用的有两类,即真空分离和离心分离，相应的设备分别为真空过滤机和离心过滤机。离心分离设备流程简单，动力消耗低，滤出的固体重碱含水量少，但它对重碱的粒度要求高，生产能力低，氨耗高，国内厂家较少采用。 转鼓式真空过滤器，依次完成吸碱，吸干，洗涤，挤压，刮卸，吹除过程。如图 10-15 所示。 14图 10-15 转鼓转动一周工作示意图二、过滤工艺条件的优化1.真空度：

24、决定生产能力，重碱的含水量，纯碱的质量。26.7-33.3kPa.2.洗涤水尽量用软水；用量过少，洗涤不彻底；用量过多，重碱损失增大；控制重碱的溶解损失为 24，所得纯碱中 NaCl 含量低于 1。三、重碱过滤工艺流程的组织及运行真空转鼓过滤的工艺流程如图： 图 10-16 真空转鼓过滤的工艺流程1-出碱液槽；2- 洗水槽；3- 过滤机；4- 皮带运输机；3-分离器；6-母液桶； 7-母液泵；8-碱液桶；9- 碱液泵四、煅烧的基本原理及工艺条件优化15煅烧目的：制成品纯碱，回收二氧化碳。基本要求：纯碱中含盐量少；不含未分解的重碱;产生的炉气二氧化碳浓度高且损失少；降低煅烧的能耗。（一）化学反应

25、1.主要化学反应2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O (g),吸热K=p(CO2 ) p(H2O ) p(CO2 ) = p(H2O ) = 分解压力：p(CO2 )+ p(H2O )分解温度在 100-101 时,分解压力为 0.1Pa,完全分解。2.副反应少量碳酸铵和碳酸氢铵的分解；氯化铵与碳酸氢钠的少量反应；加大热能消耗，增加氨的循环量。（二）分解工艺条件1.压力纯净 NaHCO3 煅烧分解时，p（CO2）和(H2O )相等。二者之和称之为分解压。2.温度分解压力的值随温度升高而急剧上升，并且当温度 100101时，分解压力已达到 101.325kPa，即可使

26、NaHCO3 完全分解，但此时的分解速度仍很慢。当温度达到 190时，煅烧炉内的 NaHCO3 在半小时内即可分解完全，因此生产中一般控制煅烧温度为 160190。175 ，40min.3.烧成率理论：实际生产中，一般烧成率为 5060%。5.炉气组成：90二氧化碳，少量氨气。五、重碱煅烧工艺流程的组织及运行Tp31085.lg%6310232 NaHCO16蒸汽煅烧炉工艺流程图1-皮带输送机；2- 圆盘加料器；3-返碱螺旋输送机；4；煅烧炉；5-出碱螺旋输送机；6- 地下螺旋输送机；7-喂碱螺旋输送机；8-斗式提升机；9-分配螺旋输送机；10-成品螺旋输送机；11-筛上螺旋输送机；12-圆筒

27、筛；13-碱仓；14-磅秤；15-疏水器；16-扩容器；17- 分离器；18 冷凝塔；19-洗涤塔；20-冷凝泵；21-洗水泵内热式蒸汽煅烧炉操作条件： (1)温度 为了使 NaHCO3 分解完全，炉内温度一般应控制在 160190，不得低于150。为了避免损坏包装袋，出炉热碱应冷却至包装袋材料允许的温度后再行包装，一般包装温度在 50100。为了避免炉气中水蒸气冷凝，炉气出口至旋风除尘器应保温，保证炉气温度在108115为宜。(2)蒸汽 根据锅炉过热能力来确定蒸汽压力，一般蒸汽压力应大于 25kg/cm2 为宜，过热温度应达到 2550，以保障操作温度和避免蒸汽在总管中冷凝。(3)返碱量 煅

28、烧过程还包括返碱，原因是炉内水分含量高时，煅烧时容易结疤。所以牺牲一些产品碱，将一部热成品碱返回与重碱混合，使其水分降至 6%8%为宜，以保证分解过程顺利进行。(4)存灰量 17在稳定运行时，炉内所具有的物料量即为存灰量。存灰量的多少，标志着物料在炉内的停留时间的长短。其值与炉子的大小和炉内温度有关，确定存灰量的多少以物料分解完全为依据。小节：作业：教学反思：第五节 氨的回收一、氨回收的基本原理及工艺条件的优化（一）氨回收的基本原理1.目的：循环利用、节约成本、减少氨损失。含氨料液：过滤母液、淡液。游离氨：直接蒸出；结合氨：加石灰乳蒸出。2.原理：加热段：蒸出游离氨；预灰桶：结合氨 游离氨；灰

29、乳蒸馏段：蒸出游离氨。（二）氨回收的工艺条件的优化1.温度 温度越高，水蒸气分压越高，液体腐蚀性越强，一般塔底维持 110117，塔顶在 8085，并在气体出塔前进行一次冷凝，使温度降至 5560。2.压力 蒸氨过程中，塔的上、下部压力不同。塔下部压力与所用蒸汽压力相同或接近；塔顶的压力为负压，有利于氨的蒸发并避免氨的泄漏损失。同时也应保持系统密封，以防空气漏出而降低气体浓度。3.灰乳的用量用于蒸氨的石灰乳，一般含活性 CaO 浓度为 180220 滴度，用量应比化学计量稍微过量，以保证蒸氨完全。调和液中 CaO 一般过量不超过 1.2 滴度，这应根据母液流量及浓度、预热母液中含 CO2 量以

30、及石灰乳的浓度、操作温度等调节。4.废液中的氨含量一般控制在 0.028 滴度以下，废液中氨的含量是蒸氨操作效果的重要标志。若废液中氨含量过高，说明氨回收效果不好，造成氨的损失大；若废液中氨含量过低，则说明加入灰乳过量，易造成设备及管道堵塞。二、蒸氨工艺流程的组织及操作控制要点 18图 10-18 蒸氨过程的工艺流程1-母液预热段；2- 蒸馏段；3-分液槽；4-加热段； 5-石灰乳蒸馏段；6-预灰桶；7-冷凝器； 8-石灰乳流堰 9-加石灰乳罐从过滤工序来的 2030的母液经泵 10 打入蒸氨塔顶 l 母液预热段的水箱内，被管外上升蒸汽加热，温度升至约 70左右，从预热段最上层流入塔中部加热段

31、4，该段采用填料或设置托液槽，以扩大气液接触面。母液经分液槽 3 加入，与下部上来的热气直接接触，蒸出液体中的游离 NH3和 CO2。含结合氨的母液送入预灰桶 6，在搅拌作用下与石灰乳均匀混合，将结合氨转变成游离氨，再进入塔下部石灰乳蒸馏段 5 的上部单菌帽泡罩板上，液体与底部上升蒸汽直接逆流接触，使 99%以上的氨被蒸出，废液含 NH30.025 t.t 以下由塔底排放。蒸氨塔各段蒸出的氨自下而上升至预热段预热母液后温度降至约 6570进入冷凝器 7 被冷却水冷却，大部分水蒸气经冷凝后氨气去吸氨塔 三、淡液回收淡液蒸馏过程是直接用蒸汽“汽提” 的过程，热量和质量同时作用蒸出氨和CO2，并回收

32、到生产系统中。在有纯碱的淡液中含有的结合氨量较少，可看成为不含 NaCl 和 NH4Cl 的 NH3-CO2-H2O 系统，其蒸馏过程的主要反应与前述过程的加热段相同。淡液蒸馏塔上部设有冷却水箱，分为两段，下段是淡液，上段是冷却水。淡液在下段被预热，气体在上段被冷却，使部分蒸汽冷凝分离，其余气体浓度提高，便于吸收。小节：作业：教学反思：19第六节 主要工序的异常现象排除一、吸氨工序的异常现象排除(一)开停塔的异常现象排除1.认真观察各处温度、液面、真空的变化情况。2.加强分析与调节，使操作尽快转入正常状态。3.开塔时为了防止成品氨盐水含铁量高，开塔初期氨盐水硫分应控制在指标上限。4.停塔时因吸

33、收循环系统流程的改变，停循环泵必须在停止加二次盐水之前，以免成品氨盐水含氨过低。(二)正常操作的异常现象排除1.经常观察技术操作条件是否正常，以便及时调节，维持正常状态。2.经常检查净氨洗水含 NH3 情况，做到及时调节。3.早、中班放澄清桶氨盐泥 1 次(特殊情况可增加放泥次数)。4.加强有关岗位联系，相互配合，在操作中要求安全、平稳，尽量减少波动，发现问题及时处理，不要以小积大，造成大幅度波动影响生产。5.二次盐水需要大减时，要及时通知盐水工序泵房岗位减量，以免换热器、管线及泵超压。6.经常检查和调节换热器，进水温度保持在 20以上，防止结晶析出，堵塞设备。二、碳化工序的的异常现象排除(一

34、)开停塔的异常现象排除1.开塔前一定要检查各塔进气阀，三段气返回阀及返回总阀确认灵活好用时，才能通知压缩工序送气，以免超压。 2.塔顶废气阀要确保处在开的状态。3.新开塔(包括制碱或清洗)，随时注意出碱液或中和水含铁的变化，以防止出铁高碱。4.冷却水要缓慢开用，防止急骤冷却，破坏结晶。(二)正常操作的异常现象排除1.及时向吸收岗位了解氨盐比的高低、氨盐水浓度、硫分含量和氨盐水存量，以保证优质、高产和低耗。2.因本岗位放量的大小、结晶的好坏、碱量多少以及改塔等直接影响滤过岗位的操作，因此要及时通知滤过岗位，以利于滤过岗位操作。 3.要经常与泵房岗位联系，了解成品氨盐水泵及中和水泵的上量情况，以保

35、证清洗塔及制碱塔塔压在指标范围内。4.当中段气、下段气及清洗气在气量、浓度、温度和压力发生异常时，要及时与压缩工序有关岗位联系。5.窑气来自石灰煅烧烧工序，窑气中 CO2 浓度的高低直接影响碳化操作，因此要加强与石灰煅烧烧工序联系。6.仪表的准确度直接影响生产的操作，因此，要经常与仪表部门联系，保证各仪表运行正常。三、滤过工序的异常现象排除20(一)开停车的异常现象排除1.各润滑部位必须加油。2.开车前，必须先进行盘车并将电磁调速电机转数调到零点3.开车时，应与各有关岗位及值班长、调度部门密切联系。4.真空系统放空后方可停真空泵。5.吹风放空阀打开后再关各车的吹风阀6.停车前先将电磁调频电机转

36、数调到零点后再停车。(二)正常操作的异常现象排除1.接班时应了解上班的纯碱盐分情况及前 1h 的盐分控制情况。2.注意检查真空变化情况，尤其是净氨塔汽入口真空度，及时调节净氨洗水，控制洗水含氨在规定范围。3.根据碳化结品质量、碱饼厚度、烧成率高低、洗水温度及纯碱盐分情况，控制重碱盐分及调节洗水量，每 15min 分析 1 次重碱盐分，不正常状态要随时分析。4.注意煅烧烧工序来的洗水温度及压力情况况，应及时联系，保证洗水合格。5.按时倒换设备，如遇特殊情况，随时倒换。小节：作业：教学反思：第二章 联合法生产纯碱与氯化铵（16 课时）侯氏制碱法概述氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵，这是第

37、一步。第二步是：碳酸氢铵与氯化钠反应生成一分子的氯化铵和碳酸氢钠沉淀，碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小。 根据 NH4Cl 在常温时的溶解度比 NaCl 大，而在低温下却比 NaCl 溶解度小的原理，在 278K 283K(5 10 ) 时，向母液中加入食盐细粉，而使 NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥。化学原理侯氏制碱法又名联合制碱法 （1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 （2）NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3 （3）2NaHCO3（加热）=Na2CO3+H2O+CO2 即：NaCl(饱和)+NH3+H2O+CO2=NH4Cl+NaHCO3 2NaHCO3（加热

38、）=Na2CO3+H2O+CO2 优点 保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到 96 %； NH4Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气 CO 转化成 CO2 ，革除了 CaCO3 制 CO2 这一工序。注：纯碱就是碳酸钠 讲述：侯氏制碱法的产生和发展1920 年，侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上，终于侯德榜摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924 年 8 月,塘沽碱厂正式投产。1926 年，中国生产的21“红三角”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内，而且远销日本和东南亚。 1937 年日本帝国主义发动了侵华战

39、争，他们看中了南京的硫酸铵厂，为此想收买侯德榜，但是遭到侯德榜的严正拒绝。为了不使工厂遭受破坏，他决定把工厂迁到四川，新建一个永利川西化工厂。 制碱的主要原料是食盐，也就是氯化钠，而四川的盐都是井盐，要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于浓度稀，还要经过浓缩才能成为原料，这样食盐成本就高了。另外，索尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高，也就是说有 30%的食盐要白白地浪费掉，这样成本就更高了，所以侯德榜决定不用索尔维制碱法，而另辟新路。 他首先分析了索尔维制碱法的缺点，发现主要在于原料中各有一半的比分没有利用上，只用了食盐中的钠和石灰中碳酸根，二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中

40、的钙结合生成了氯化钙，这个产物都没有利用上。那么怎祥才能使另一半成分变废为宝呢？他想呀想，设计了好多方案，但是一都被推翻了。后来他终于想到，能否把索尔维制碱法和合成氨法结合起来，也就是说，制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供，滤液中的氯化铵加入食盐水，让它沉淀出来。这氯化铵既可作为化工原料，又可以作为化肥，这样可以大大地提高食盐的利用率，还可以省去许多设备，例如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。设想有了，能否成功还要靠实践。于是地又带领技术人员，做起了实验。l 次、2 次、10 次、100 次一直进行了 500 多次试验，还分析了 2000 多个样品，才把试验搞成功，使设想成为了现实。 这个制碱新方法被

41、命名为“联合制碱法”，它使盐的利用率从原来的 70%一下子提高到96%。此外，污染坏境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥氯化铵，还可以减少 1/3 设备，所以它的优越性在大超过了索尔维制碱法，从而开创了世界制碱工业的新纪元 侯氏制碱法的发明特点和原理发明特点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。为了实现这一设计，在 194

42、1 一1943 年抗日战争的艰苦环境中，在侯德榜的严格指导下，经过了 500 多次循环试验，分析了 2000多个样品后，才把具体工艺流程定下来，这个新工艺使食盐利用率从 70%一下子提高到 96%，也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵，解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度，赢得了国际化工界的极高评价。1943 年，中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法”。所谓“联合制碱法”中的“ 联合”，指该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起，利用了生产氨时的副产品 CO2，革除了用石灰石分解来生产，简化了生产设备。此外，联合制碱法也避免

43、了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙，而用可作化肥的氯化铵来回收，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。 发明原理侯氏制碱法的原理是依据离子反应发生的原理进行的，离子反应会向着离子浓度减小的方向进行。也就是很多初中高中教材所说的复分解反应应有沉淀、气体和难电离的物质生成。他要制纯碱（Na2CO3） ，就利用 NaHCO3 在溶液中溶解度较小，所以先制得 NaHCO3，再利用碳酸氢钠不稳定性分解得到纯碱。要制得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子，所以就在饱和食盐水中通入氨气，形成饱和氨盐水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量

44、的钠离子、铵根离子、氯离子和碳酸氢根离子，这其中 NaHCO3 溶解度最小，所以析出，其余产品处理后可作肥料或循环使用。22小结：作业：教学反思：第一节联合制碱系统的相图分析一联合制碱法（又称侯氏制碱法）讲述：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

45、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。联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到 96以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大

46、用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。 生产流程示意图：生产过程分为两个过程：1、制碱过程；2、制铵过程。23联碱法的优点：(1) 原料利用率高，食盐利用率 95%以上；(2) 产品成本比氨碱法低，无须石灰石、焦炭，节约原料、能源、运输；(3) 工艺流程简单，不需蒸氨塔、石灰窑、化灰机等笨重设备；(4) 排污量小，无大量废液、废渣。 第二节 氯化铵的结晶原理与影响其结晶的因素NH4Cl 结晶的原理 表 7-1 可知：NH4Cl 溶解度受温度影响大，NaCl 则影响不大。当 NH4Cl、NaCl 共存在，溶解度都比单独溶解

47、度小 ？NH4Cl 溶解度随温度的降低而降低，而 NaCl 的溶解度随温度的降低而上升。因此可采取冷析和盐析的方法析出 NH4Cl。原理：162417图图 7-6： NH4ClNaClH2O系 相 图系 相 图冷 析 ， NaCl不 饱 和 ，不 饱 和 ， NH4Cl析 出析 出 PQ，加 盐 NaCl， NH4Cl析 QR 总 结 晶 PR冷析， NaCl 不饱和， NH4Cl 析出 PQ，加盐 NaCl ，NH4Cl 析 QR 总结晶 PR小节：作业：教学反思：第三节 制碱与制铵过程的工艺指标一温度对于气体的溶解过程，温度，溶液中 NH3、CO2 量，但反应为放热反应，反应速率常数，反应

48、速度，所以碳酸化时有一适宜温度，工业上控制碳酸化的温度为 32左右。二压力由化学反应式，P，NH3、CO2 溶解度，溶液中 NH3、CO2 的浓度提高，NaHCO3 量。工业上一般控制 CO2 的分压为 0.3MPa。 三母液成分1、 氨母液 I 中 NH3 与 CO2 之比NH3/CO2=2.1-2.4，吸氨目的：使母液 I 中 的 HCO3-转化为 CO32-，防止 NaHCO3，与NH4Cl 共析。过低共析，过高，氨分压高，氨损失增大。2、 氨母液 II 中 NH3 与 NaCl 之比NH3/NaCl=1.04-1.12，使 NaHCO3 析出若 NH3/NaCl 太高如 1.15-1.20 时，易析出 NH4HCO3。3、 母液 2 中 Na+与 NH4+比 Na+/ NH4+=1.5-1.8Na+增加，析胺量增加，同时酸化时生成较多的 NaHCO3，太高 NaCl 混入 NH4Cl 产品中。表 7-2：联碱法各母液的组成25小节：作业：教学反思：第四节 联碱法的工艺流程和主要设备一联合制碱法的工艺流程二原盐精制原盐精制主要采用洗涤法。用饱和氯化钠溶液洗涤，再用石灰乳处理洗涤液，除去26Mg2+、Ca2+等离子称为石灰纯碱法。1、用石灰乳脱除 Mg2+MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+ Ca(OH)2