氨碱法制纯碱.ppt
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1、1谈谈你对碳酸钠的认识2第六章第六章 氨碱法生氨碱法生产纯产纯碱碱l任任务务一一 石灰石的煅石灰石的煅烧烧与石灰乳的制与石灰乳的制备备l任任务务二二 盐盐水的制水的制备备l任任务务三三 精精盐盐水的氨化水的氨化l任任务务四四 氨氨盐盐水的碳酸化水的碳酸化l任任务务五五 重碱重碱过滤过滤与煅与煅烧烧l任任务务六六 氨的回收氨的回收l任任务务七七 氨碱法氨碱法总总流程及流程及纯纯碱工碱工业发业发展展趋势趋势3一、一、纯纯碱的性碱的性质质和用途和用途Na2CO3,纯纯碱,碱,苏苏打,碱灰。打,碱灰。1,7,10三种水合物。三种水合物。分分类类:超超轻质轻质,轻质轻质,重,重质纯质纯碱。碱。化学性化学
2、性质质:强强碱性,高温分解,易生成氧化碱性,高温分解,易生成氧化钠钠。用途:用途:纯纯碱是重要的化工原料。碱是重要的化工原料。其年其年产产量在一定程度上反映量在一定程度上反映一个国家化学工一个国家化学工业业的的发发展水平。自展水平。自2003年起,我国年起,我国纯纯碱工碱工业业在世界上在世界上稳稳居居6个第一个第一。引言引言 小小苏苏打是打是什么什么45二、工二、工业业生生产产方法方法生生产历产历史:史:天然碱,草木灰天然碱,草木灰 1791年路布年路布兰兰法法1861年氨碱年氨碱法(法(苏维苏维尔尔法)法)1942联联合制碱法(侯德榜)合制碱法(侯德榜)(一一)路布路布兰兰法法化学反化学反应
3、应:2NaCl+H2SO4=Na2SO4+2HCl Na2SO4+2C=Na2S+2CO2 Na2S+CaCO3=Na2CO3+CaS缺点:缺点:原料利用低,原料利用低,质质量差,成本高,量差,成本高,间间歇生歇生产产。6(二)氨碱法(二)氨碱法苏维苏维尔尔,比利,比利时时人,人,原料:原料:食食盐盐,石灰石,焦炭,氨。,石灰石,焦炭,氨。优优点:点:原料来源方便,原料来源方便,质质量好,成本低,量好,成本低,连续连续生生产产。生生产过产过程:程:石灰石煅石灰石煅烧烧;盐盐水制水制备备;氨氨盐盐水制水制备备及碳酸化;及碳酸化;重碱的分离及煅重碱的分离及煅烧烧;氨回收。氨回收。7氨碱法原氨碱法原
4、则则工工艺艺流程:流程:8(三)(三)联联合制碱法(侯德榜)合制碱法(侯德榜)我国著名化学家侯德榜我国著名化学家侯德榜1942年提出了年提出了完整的工完整的工业业生生产产方法。方法。1961年在大年在大连连建成了我国第一座建成了我国第一座联联碱碱车间车间,现现在已在已经经成成为为制碱工制碱工业业的主要的主要技技术术支柱和方法之一。支柱和方法之一。原料:原料:食食盐盐,氨,二氧化碳。,氨,二氧化碳。产产品:品:纯纯碱,碱,氯氯化化铵铵。优优点:点:原料利用率,原料利用率,质质量好,成本低,量好,成本低,连续连续生生产产。9联联合法原合法原则则工工艺艺流程:流程:10任任务务一一 石灰石煅石灰石煅
5、烧烧及石灰乳制及石灰乳制备备一、石灰石煅一、石灰石煅烧烧 作用:作用:产产物二氧化碳用于氨物二氧化碳用于氨盐盐水碳化;水碳化;生石灰消化后回收氨。生石灰消化后回收氨。1.煅煅烧烧反反应应式式 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)H0 C(s)+O2(g)=CO2(g)H0 2.操作指操作指标标温度:9401200窑气中CO含量小于0.6,O2含量小于0.3理论上,窑气中CO2含量为44.2,但一般在40左右。113.设备设备混料混料竖竖式窑式窑将石灰石及燃料预热并干燥,以回收窑气余热,提高热效率。完成石灰石的煅烧预热进窑的空气使石灰石冷却预热区(25)煅烧区(50)冷却区(25)12二
6、、石灰乳的制二、石灰乳的制备备(一)石灰乳制(一)石灰乳制备备的原理的原理1.消化反消化反应应 CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s)H0 MgO(s)+H2O(l)=Mg(OH)2(s)H0 放放热热反反应应。2.四种四种产产品品(根据加入水的量)(根据加入水的量)水少量水少量 水稍多水稍多 水适量水适量 水水过过量量消石灰,消石灰,细细粉末;粉末;石灰水,溶液。石灰水,溶液。石灰乳,石灰乳,悬悬浮液,浮液,氨回收需要氨回收需要;石灰膏,稠厚;石灰膏,稠厚;13任任务务二二 盐盐水的制水的制备备 一、一、饱饱和食和食盐盐水的制水的制备备氨碱法用的氨碱法用的饱饱和和盐盐水可以来自海水
7、可以来自海盐盐、池、池盐盐、岩、岩盐盐、井、井盐盐和湖和湖盐盐等。等。NaCl在水中的溶解度的在水中的溶解度的变变化不大,在室温下化不大,在室温下为为315kg/m3。工。工业业上的上的饱饱和和盐盐水因含有水因含有钙镁钙镁等等杂质杂质而只含而只含NaCl 300kg/m3左左右。右。方法:方法:制制饱饱和和盐盐水的化水的化盐盐桶桶底有桶桶底有带带嘴的水管,水自下而上溶嘴的水管,水自下而上溶解食解食盐盐成成饱饱和和盐盐水,从桶上部溢流而出。水,从桶上部溢流而出。化化盐盐用的水来自碱厂各用的水来自碱厂各处处的含氨、二氧化碳或食的含氨、二氧化碳或食盐盐的洗的洗涤涤水。水。14二、二、盐盐水的精制水的
8、精制盐水杂质: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(石灰-塔气法)石灰-纯碱法 151.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(一次泥)的溶液(一次盐水)送入除钙塔中,用碳化塔顶部尾气中的NH3和CO2再除去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)+2
9、Na+16 石灰石灰-碳酸碳酸铵铵法法利用碳化尾气,利用碳化尾气,但精制但精制过过程出程出现现“结结合氨合氨”,对对碳化不利。碳化不利。石灰石灰-纯纯碱法碱法无无结结合氨,合氨,但消耗最但消耗最终产终产品品纯纯碱。碱。17P244 T1、T218任任务务三三 精精盐盐水的氨化水的氨化(一一)目的:目的:1.1.制制备备氨氨盐盐水,并使其达到碳酸化所要求水,并使其达到碳酸化所要求浓浓度;度;2.2.去除少量去除少量钙镁杂质钙镁杂质。一、氨化的理一、氨化的理论论基基础础(一)吸氨反(一)吸氨反应应1.1.氨水生成反氨水生成反应应 NH3(g)+H2O(l)=NH4OH(aq)H0 2.(NH4)2
10、CO3生成生成2NH3(l)+CO2(g)+H2O(l)=(NH4)2CO3(aq)H0 3.钙镁钙镁离子的沉淀反离子的沉淀反应应19规律:1.氨分压较同一浓度氨水的 氨分压有所降低,溶液中 二氧化碳越多,上方氨分压越小;2.65度以下,温度对二氧化碳分压的增 加影响不大,在氨浓度较高时,温度对 其影响更小。3.温度对水蒸气及氨分压影响很大20游离氨浓度99102tt,总氯离子浓度8994tt。(二)食(二)食盐盐和氨的溶解度和氨的溶解度 1.溶解度相互制溶解度相互制约约u氨盐水氨的分压较纯氨水低。u由于(NH4)2CO3生成,氨的溶解度有所增加。uNH3 ,NaCl;NaCl ,NH3 2.
11、控制吸氨量控制吸氨量 多吸一些氨对碳化有利 防止NaCl溶解度过低21(三)吸氨(三)吸氨过过程的程的热热效效应应热效应:溶解热+反应热+冷凝热;1.过热将失去吸氨作用;2.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 。关键:冷却除热22盐水吸氨后,密度减小气体带来水蒸气冷凝,稀释饱和食盐水注:NH3与CO2摩尔比约为(45):1(四)吸氨(四)吸氨过过程的体程的体积变积变化化体积增加13.5左右23二、吸氨操作条件的确定二、吸氨操作条件的确定1.NH3/NaCl比的选择 吸氨不足,NaCl分解不完全,造成食盐损失 吸氨太多,多余的NH4HCO3随NaHCO3一
12、同形成 结晶而降低氨的利用率 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。242.温度的选择 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。p盐水进吸氨塔之前用冷却水冷至2530,p氨气进吸收塔的气温一般控制在5560,p氨盐水最后离塔时的温度为60653.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。注:吸氨塔出来的气体,含CO2 6070,NH,3含量
13、不定。25任任务务三三 精精盐盐水的氨化水的氨化(二二)由蒸氨塔出来的气体(含氨气体)NH3 65%CO2 12%H2O 23%碳酸化塔出来的气体(塔气)NH3 10%CO2 4%7%空气由碳酸氢钠真空过滤机抽出的气体(滤气)NH3 0.5%CO2 4%5%气体来源由石灰窑出来的气体(窑气)NH3 少量CO2 40%42%重碱煅烧放出气体(炉气)NH3 少量CO2 90%水蒸气26 一、吸氨工一、吸氨工艺艺流程及主要流程及主要设备设备温度?吸收来气中氨的50%以上,有大量的热产生温度?碳化塔所需温度:3035澄清桶吸氨塔氨盐水贮桶循环段贮桶下段吸氨塔中段吸氨塔净氨塔洗氨塔温度?结构设置:1.吸
14、氨塔分为数段,为什么?2.塔间液体管道做成U形,为什么?1.便于操作,多次吸收更充 分,充分利用位差,节省动力2.防止压力变化时气体倒压现象保持较高温度(50)和足够大体积沉积物经常清理(沉淀不多于0.1g/L)材料?吸收塔直径:2.5m日产纯碱:600700t尾气处理:洗掉含氨尾气中的氨初步吸氨对氨的进一步吸收冷却氨盐水,提高吸收效率贮存氨盐水吸收来气中50%的氨气27冷却排管二次盐水中段吸氨塔冷却排管洗氨塔冷却排管下段吸氨塔循环段贮桶冷却排管澄清桶冷却排管氨盐水贮桶氨盐水泵碳酸化工序成品氨盐水清氨盐水 二、吸氨方框二、吸氨方框图图氨气氨气28小小结结1、吸氨设备的主要构造及其 各个部分作用
15、。2、氨碱法生产纯碱的吸氨工 艺流程图及方框图。291.为便于沉淀分离,氨盐水最后离塔 时的温度应控制在()1.A.2530 B.6065 C.5560 D.702.2.吸氨塔中,吸收来其中的氨50%以上的结构是()3.A.净氨塔 B.洗氨塔 C.中段吸氨塔 D.下段吸氨塔4.3.在吸氨工序中,使送往碳酸化的氨盐水中所含沉淀不多于5.0.1g/L的设备是()6.A.冷却排管 B.氨盐水贮桶 C.澄清桶 D.真空泵7.4.吸氨工序中,为更好的提高氨的吸收效率,采用的吸收原8.则为()9.A.并流吸收 B.逆流吸收 C.两者同时采用 D.都不采用BDCB301、画出氨碱法生产纯碱的吸 氨流程图。2
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