1、1氨堿法制純堿氨堿法制純堿 11應化2l任務一任務一 石灰石的煅燒與石灰乳的制備石灰石的煅燒與石灰乳的制備l任務二任務二 鹽水的制備鹽水的制備l任務三任務三 精鹽水的氨化精鹽水的氨化l任務四任務四 氨鹽水的碳酸化氨鹽水的碳酸化l任務五任務五 重堿過濾與煅燒重堿過濾與煅燒l任務六任務六 氨的回收氨的回收3 二、工業生產方法二、工業生產方法 生產歷史：生產歷史：天然堿，草木灰天然堿，草木灰 1791年路布蘭法年路布蘭法1861年氨堿年氨堿法（蘇維爾法）法（蘇維爾法）1942聯合制堿法（侯德榜）聯合制堿法（侯德榜） (一一)路布蘭法路布蘭法 化學反應：化學反應： 2NaCl+ H2SO4=Na2SO

2、4+2HCl Na2SO4+2C =Na2S+2CO2 Na2S+CaCO3 = Na2CO3 + CaS 缺點：缺點：原料利用低，質量差，成本高，間歇生產。原料利用低，質量差，成本高，間歇生產。4氨堿法原則工藝流程：氨堿法原則工藝流程：5任務一 石灰石煅燒及石灰乳制備一、石灰石煅燒一、石灰石煅燒 作用：作用：產物二氧化碳用于氨鹽水碳化；產物二氧化碳用于氨鹽水碳化； 生石灰消化后回收氨。生石灰消化后回收氨。1.煅燒反應式煅燒反應式 CaCO3 (s) = CaO(s)+ CO2 (g) H0 C (s) +O2 (g ) = CO2 (g) H0 2.操作指標操作指標 溫度：9401200 窯

3、氣中CO含量小于0.6，O2含量小于0.3 理論上，窯氣中CO2含量為44.2，但一般在40左右。63.設備設備混料豎式窯混料豎式窯將石灰石及燃料預熱并干燥，以回收窯氣余熱，提高熱效率。完成石灰石的煅燒預熱進窯的空氣使石灰石冷卻預熱區（25）煅燒區（50）冷卻區（25）7二、石灰乳的制備二、石灰乳的制備 （一）石灰乳制備的原理（一）石灰乳制備的原理 1.消化反應消化反應 CaO(s) +H2O(l) = Ca(OH)2(s) H0 MgO(s) +H2O(l) = Mg(OH)2(s) H0 放熱反應。放熱反應。 2.四種產品四種產品（根據加入水的量）（根據加入水的量） 水少量水少量 水稍多水

4、稍多 水適量水適量 水過量水過量消石灰，細粉末；消石灰，細粉末；石灰水，溶液。石灰水，溶液。石灰乳，懸浮液，石灰乳，懸浮液，氨回收需要氨回收需要；石灰膏，稠厚；石灰膏，稠厚；8任務二 鹽水的制備 一、飽和食鹽水的制備一、飽和食鹽水的制備 氨堿法用的飽和鹽水可以來自海鹽、池鹽、巖鹽、井鹽和湖氨堿法用的飽和鹽水可以來自海鹽、池鹽、巖鹽、井鹽和湖鹽等。鹽等。 NaCl在水中的溶解度的變化不大，在室溫下為在水中的溶解度的變化不大，在室溫下為315kg/m3。工業上的飽和鹽水因含有鈣鎂等雜質而只含工業上的飽和鹽水因含有鈣鎂等雜質而只含NaCl 300kg/m3左右。左右。方法：方法：制飽和鹽水的化鹽桶桶

5、底有帶嘴的水管，水自下而上溶制飽和鹽水的化鹽桶桶底有帶嘴的水管，水自下而上溶解食鹽成飽和鹽水，從桶上部溢流而出。解食鹽成飽和鹽水，從桶上部溢流而出。 化鹽用的水來自堿廠各處的含氨、二氧化碳或食鹽的洗滌水。化鹽用的水來自堿廠各處的含氨、二氧化碳或食鹽的洗滌水。9二、鹽水的精制鹽水雜質： 粗鹽水含鈣鎂離子，雜質形成沉淀或復鹽。雜質危害： 堵塞管道和設備； 氨和食鹽的損失； 影響產品質量。精制鹽水的方法：石灰-碳酸銨法（石灰-塔氣法） 石灰-純堿法 10 1.石灰-碳酸銨法 用石灰除去鹽中的鎂(Mg2+)，反應如下： Mg2+ + Ca(OH)2(s) = Mg(OH)2(s) + Ca2+ 將分離

6、出沉淀（一次泥）的溶液（一次鹽水）送入除鈣塔中，用碳化塔頂部尾氣中的NH3和CO2再除去Ca2+，其化學反應為： 2NH3 + CO2 + H2O +Ca2+ = CaCO3(s) + 2NH4+ 2.石灰-純堿法 除鎂的方法與石灰-碳酸銨法相同，除鈣則采用純堿法，其反應如下： Na2CO3 + Ca2+ = CaCO3(s) + 2Na+11 石灰石灰- -碳酸銨法碳酸銨法利用碳化尾氣，利用碳化尾氣，但精制過程出現但精制過程出現 “結結合氨合氨”，對碳化不利。，對碳化不利。石灰石灰- -純堿法純堿法無結合氨，無結合氨，但消耗最終產品純但消耗最終產品純堿。堿。12 精鹽水的氨化(一) 目的：目

7、的：1.1.制備氨鹽水，并使其達到碳酸化所要求濃度；制備氨鹽水，并使其達到碳酸化所要求濃度； 2.2.去除少量鈣鎂雜質。去除少量鈣鎂雜質。一、氨化的理論基礎一、氨化的理論基礎（一）吸氨反應（一）吸氨反應1.1.氨水生成反應氨水生成反應 NH3(g)+H2O (l) =NH4OH (aq) H0 2. (NH4 ) 2CO3生成生成2NH3(l)+CO2 (g)+H2O (l) = (NH4 ) 2CO3 (aq) H0 3.鈣鎂離子的沉淀反應鈣鎂離子的沉淀反應13規律：1.氨分壓較同一濃度氨水的 氨分壓有所降低，溶液中 二氧化碳越多，上方氨分壓越小；2.65度以下，溫度對二氧化碳分壓的增 加影

8、響不大，在氨濃度較高時，溫度對 其影響更小。3.溫度對水蒸氣及氨分壓影響很大14游離氨濃度99102tt，總氯離子濃度8994tt。（二）食鹽和氨的溶解度（二）食鹽和氨的溶解度 1.溶解度相互制約溶解度相互制約u氨鹽水氨的分壓較純氨水低。u由于(NH4 ) 2CO3生成，氨的溶解度有所增加。uNH3 ，NaCl ; NaCl ， NH3 2.控制吸氨量控制吸氨量 多吸一些氨對碳化有利 防止NaCl溶解度過低15（三）吸氨過程的熱效應（三）吸氨過程的熱效應熱效應：溶解熱+反應熱+冷凝熱； 1.過熱將失去吸氨作用； 2.過冷，易結晶堵塞管道，且雜質分離困難； 溫度控制在70 左右， 精鹽水3045

9、 。關鍵：冷卻除熱16鹽水吸氨后，密度減小氣體帶來水蒸氣冷凝，稀釋飽和食鹽水注：NH3與CO2摩爾比約為（45）：1（四）吸氨過程的體積變化（四）吸氨過程的體積變化體積增加13.5左右17二、吸氨操作條件的確定1.NH3/NaCl比的選擇 吸氨不足，NaCl分解不完全，造成食鹽損失 吸氨太多，多余的NH4HCO3隨NaHCO3一同形成 結晶而降低氨的利用率 理論上NH3/NaCl之比應為1:1(mol比)。 而生產實踐中NH3/NaCl的比為1.081.12。 182.溫度的選擇 低溫有利鹽水吸NH3，也有利于降低氨氣夾帶的水蒸氣含量，降低對鹽水的稀釋程度。 但溫度也不宜太低，否則會生成(NH

10、4)2CO32H2O，NH4HCO3等結晶堵塞管道和設備。p 鹽水進吸氨塔之前用冷卻水冷至2530，p 氨氣進吸收塔的氣溫一般控制在5560，p 氨鹽水最后離塔時的溫度為60653.吸收塔內壓力 為了防止和減少吸氨系統的泄漏，吸氨操作是在微負壓條件下進行，其壓力大小以不妨礙鹽水下流為限。 注：吸氨塔出來的氣體，含CO2 6070，NH,3含量不定。19 精鹽水的氨化(二) 由蒸氨塔出來的氣體（含氨氣體）NH3 65%CO2 12%H2O 23%碳酸化塔出來的氣體（塔氣）NH3 10%CO2 4%7%空氣由碳酸氫鈉真空過濾機抽出的氣體（濾氣）NH3 0.5%CO2 4%5%氣體來源由石灰窯出來的

11、氣體（窯氣）NH3 少量CO2 40%42%重堿煅燒放出氣體（爐氣）NH3 少量CO2 90%水蒸氣20 一、吸氨工藝流程及主要設備溫度？吸收來氣中氨的50%以上，有大量的熱產生溫度？碳化塔所需溫度：3035澄清桶吸氨塔氨鹽水貯桶循環段貯桶下段吸氨塔中段吸氨塔凈氨塔洗氨塔溫度？結構設置：1.吸氨塔分為數段，為什么？2.塔間液體管道做成U形，為什么？1.便于操作，多次吸收更充 分，充分利用位差，節省動力2.防止壓力變化時氣體倒壓現象保持較高溫度（50 ）和足夠大體積沉積物經常清理（沉淀不多于0.1g/L）材料？吸收塔直徑：2.5m日產純堿：600700t尾氣處理：洗掉含氨尾氣中的氨初步吸氨對氨的

12、進一步吸收冷卻氨鹽水，提高吸收效率貯存氨鹽水吸收來氣中50%的氨氣21冷卻排管二次鹽水中段吸氨塔冷卻排管洗氨塔冷卻排管下段吸氨塔循環段貯桶冷卻排管澄清桶冷卻排管氨鹽水貯桶氨鹽水泵碳酸化工序成品氨鹽水清氨鹽水 二、吸氨方框圖氨氣氨氣22 NaCl+NH3+CO2 + H2O =NaHCO3 +NH4Cl目的：目的：制造碳酸氫鈉結晶工藝要求：工藝要求： 碳酸氫鈉的產率高（氯化鈉和氨的利用率高）；碳酸氫鈉的產率高（氯化鈉和氨的利用率高）； 碳酸氫鈉的結晶質量高（結晶顆粒要大）。碳酸氫鈉的結晶質量高（結晶顆粒要大）。 氨鹽水的碳酸化 23 (一）碳酸化的基本原理1.反應機理 復雜反應體系，分三步進行(

13、1)氨基甲酸銨的生成 2NH3+CO2 =NH2COO +NH4 +(2)氨基甲酸銨的水解 NH2COO + H2O =HCO3 +NH3(3) NaHCO3結晶生成 HCO3 + Na + = NaHCO324在實際生產和計算時，用鈉的利用率表示氯化鈉的利用率在實際生產和計算時，用鈉的利用率表示氯化鈉的利用率U（Na）：）： v氨的利用率表示為氨的利用率表示為U（NH3）：）： 343344() 1U NHNHHCOHCONHNH生成氯化銨的量生成氯化氨的量原料碳酸氫氨的量全氨的量1)(3ClNaClNaClNaHCONaU全氯的量生成氯化氨的量原料氯化鈉的量固體的量生成25（四）影響（四）

14、影響NaHCO3結晶的因素結晶的因素 NaHCO3在碳化塔中生成并結晶成重堿。結晶的顆粒愈大，在碳化塔中生成并結晶成重堿。結晶的顆粒愈大，則有利于過濾、洗滌，所得產品含水量低，收率高，煅燒成則有利于過濾、洗滌，所得產品含水量低，收率高，煅燒成品純堿的質量高。因此，碳酸氫鈉結晶在純堿生產過程中對品純堿的質量高。因此，碳酸氫鈉結晶在純堿生產過程中對產品的質量有決定性的意義。產品的質量有決定性的意義。 1溫度溫度 在開始時在開始時(即由塔的頂部往下即由塔的頂部往下)液相反應溫度逐步升高，中部液相反應溫度逐步升高，中部(約塔高的約塔高的2/3處處)溫度達到最高；溫度達到最高； 再往下溫度開始降低，但降

15、溫速度不易太快，以保持過飽和再往下溫度開始降低，但降溫速度不易太快，以保持過飽和度的穩定；度的穩定； 在塔的下部至接連底部的一段塔高內，降溫速度可以稍快一在塔的下部至接連底部的一段塔高內，降溫速度可以稍快一些，因為此時反應速度已經很慢，其過飽度不大，降低溫度些，因為此時反應速度已經很慢，其過飽度不大，降低溫度可以提高產率。可以提高產率。 從保證質量，提高產量的角度出發，塔內的溫度分布應為上從保證質量，提高產量的角度出發，塔內的溫度分布應為上中下依次為低高低為宜。中下依次為低高低為宜。 26 2添加晶種添加晶種 當碳化過程中溶液達到飽和甚至稍過飽和時，并無結晶析當碳化過程中溶液達到飽和甚至稍過飽

16、和時，并無結晶析出，但在此時若加入少量固體雜質，就可以使溶質以固體雜出，但在此時若加入少量固體雜質，就可以使溶質以固體雜質為核心，長大而析出晶體。質為核心，長大而析出晶體。 在在NaHCO3生產中，就是采用往飽和溶液內加晶種并使之長生產中，就是采用往飽和溶液內加晶種并使之長大的辦法來提高產量和質量的。大的辦法來提高產量和質量的。 應用此方法時應注意兩點：應用此方法時應注意兩點：一是加晶種的部位和時間，晶種一是加晶種的部位和時間，晶種應加在飽和或過飽和溶液中。二是加入晶種的量要適當。應加在飽和或過飽和溶液中。二是加入晶種的量要適當。 27 (二二)碳化塔的操作控制條件碳化塔的操作控制條件 1碳化

17、塔的結構碳化塔的結構 氣體進塔可分為一段和二段。氣體進塔可分為一段和二段。 一段進氣是將窯氣和爐氣混合后進塔。一段進氣是將窯氣和爐氣混合后進塔。其其CO2濃度一般在濃度一般在60%左右。左右。 為了適應生產過程和反應歷程的需要，為了適應生產過程和反應歷程的需要，后來改為兩段進氣，即從塔底送入濃后來改為兩段進氣，即從塔底送入濃度度90%以上的以上的CO2鍋氣，從塔的冷卻鍋氣，從塔的冷卻段中部送入濃度段中部送入濃度40%左右左右CO2的窯氣。的窯氣。 28 2碳化塔的操作控制要點碳化塔的操作控制要點 （1）碳化塔液面高度應控制在距塔頂）碳化塔液面高度應控制在距塔頂0.81.5m處。液面過高，尾氣帶

18、處。液面過高，尾氣帶液嚴重并導致出氣管堵塞；液面過低，則尾氣帶出的液嚴重并導致出氣管堵塞；液面過低，則尾氣帶出的NH3和和CO2量增大，量增大，降低了塔的生產能力。降低了塔的生產能力。（2）氨鹽水進塔溫度約）氨鹽水進塔溫度約3050C，塔中部溫度升到，塔中部溫度升到60C左右，中部左右，中部不冷卻，但下部要冷卻，控制塔底溫度在不冷卻，但下部要冷卻，控制塔底溫度在30C以下，保證結晶析出。以下，保證結晶析出。（3）碳化塔進氣量與出堿速度要匹配，否則，如果出堿過快而進氣量）碳化塔進氣量與出堿速度要匹配，否則，如果出堿過快而進氣量不足時，反應區下移，導致結晶細小，產量下降。反之，則反應區上移，不足時

19、，反應區下移，導致結晶細小，產量下降。反之，則反應區上移，塔頂塔頂NH3及及CO2的損失增大。的損失增大。（4）碳化塔底出堿溫度要適當。出堿溫度低，）碳化塔底出堿溫度要適當。出堿溫度低，NaHCO3析出量較多，析出量較多，轉化率高，產量增加；但溫度過低會導致冷卻水量大大增加，引起堵塔，轉化率高，產量增加；但溫度過低會導致冷卻水量大大增加，引起堵塔，縮短制堿周期。縮短制堿周期。（5）倒塔和運行時間要適宜。倒塔周期要嚴格執行，不要出現隨意不）倒塔和運行時間要適宜。倒塔周期要嚴格執行，不要出現隨意不規則操作。在倒塔過程中，塔內的溫度、流量均處于劇烈變化之中，因規則操作。在倒塔過程中，塔內的溫度、流量

20、均處于劇烈變化之中，因此，倒塔運行時間不宜過長。此，倒塔運行時間不宜過長。29氨鹽水泵氨鹽水碳化塔氣升輸鹵器碳化塔中段氣壓縮機下段氣壓縮機爐氣分離器清洗氣壓縮機中段氣冷卻塔下段氣冷卻塔中部底部窯氣（二）氨鹽水碳酸化方框圖過濾30任務五 重堿的過濾與煅燒 一、重堿過濾的基本原理一、重堿過濾的基本原理碳化取出夜：碳化取出夜：4550固相碳酸氫鈉（重堿）。固相碳酸氫鈉（重堿）。過濾分離：過濾分離：濕重堿煅燒制純堿，母夜蒸氨工段回收氨。濕重堿煅燒制純堿，母夜蒸氨工段回收氨。過濾設備：過濾設備：過濾分離在制堿工業中經常采用的有兩類過濾分離在制堿工業中經常采用的有兩類,即真空分離和離心即真空分離和離心分離

21、，相應的設備分別為真空過濾機和離心過濾機。分離，相應的設備分別為真空過濾機和離心過濾機。離心分離設備流程簡單，動力消耗低，濾出的固體重堿含水量少，但它離心分離設備流程簡單，動力消耗低，濾出的固體重堿含水量少，但它對重堿的粒度要求高，生產能力低，氨耗高，國內廠家較少采用。對重堿的粒度要求高，生產能力低，氨耗高，國內廠家較少采用。 轉鼓式真空過濾器，依次完成吸堿，吸干，洗滌，擠壓，刮卸，吹除過轉鼓式真空過濾器，依次完成吸堿，吸干，洗滌，擠壓，刮卸，吹除過程。如圖程。如圖10-15所示所示。 31四、 重堿過濾與煅燒過濾：分離晶漿中懸浮的固相過濾：分離晶漿中懸浮的固相NaHCO3 (4550%)晶漿

22、晶漿 過濾過濾 重堿重堿 母液母液 蒸氨蒸氨 煅燒煅燒 l煅燒：分解得到純堿產品煅燒：分解得到純堿產品32 二、過濾工藝條件的優化二、過濾工藝條件的優化 1.真空度：真空度：決定生產能力，重堿的含水量，純堿的質量。決定生產能力，重堿的含水量，純堿的質量。26.7-33.3kPa. 2.洗滌水洗滌水 盡量用軟水；盡量用軟水； 用量過少，洗滌不徹底；用量過少，洗滌不徹底； 用量過多，重堿損失增大；用量過多，重堿損失增大； 控制重堿的溶解損失為控制重堿的溶解損失為24，所得純堿中，所得純堿中NaCl含量低含量低于于1。33三、重堿過濾工藝流程的組織及運行三、重堿過濾工藝流程的組織及運行 真空轉鼓過濾的工藝流程如圖：真空轉鼓過濾的工藝流程如圖： 圖圖10-16真空轉鼓過濾的工藝流程真空轉鼓過濾的工藝流程1-出堿液槽；出堿液槽；2-洗水槽；洗水槽；3-過濾機；過濾機；4-皮帶運輸機；皮帶運輸機；3-分離器；分離器；6-母液桶；母液桶；7-母液泵；母液泵；8-堿液桶；堿液桶；9-堿液泵堿液泵34任務六 氨的回收一、蒸氨