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碱类产品的性质和用途 纯碱工业发展简史 我国制碱工业的状况 纯碱（Na2CO3）： 化学名称为碳酸钠，Na2CO3，分子量105.9902。化学品的纯度多在99.5%以上，故称“纯碱”。贸易商品名为苏打(soda)或碱灰(soda ash)。 无水Na2CO3是白色粉末或细粒结晶，有吸湿性，其水合物有一水、七水、十水盐。无水盐热容为(25℃)1.034J/(kg.K)，晶体密度(20℃)2.533g/cm-3，熔点851℃，熔融热315.9kJ/kg。工业用纯碱商品有轻质(light)、中重质(medium)、重质(dense)三种不同表观密度，分别为0.49~0.58、0.8、0.95~1.07g/cm-3。 碳酸钠是最基本的化工原料，在国民经济中占有重要地位，96年生产能力成为世界上用量最大的化工产品之一，在化工产品中大约排行第11位。 18世纪中叶以前——碱的来源为植物灰和碱湖中天然碱 18世纪末——提出人工制碱，1787年，法国医生路布兰 经4年多研究，提出了硫酸钠法制碱：即先用硫酸与食盐作 用获得硫酸钠，然后再将硫酸钠与石灰石、煤炭在 900~1000℃共熔得到碳酸钠——路布兰法或硫酸钠法。 ——路布兰法的缺点：熔融过程在固相中进行，需要高 温；设备生产能力小；原料利用不充分；设备腐蚀严重； 工人劳动条件恶劣，制得的纯碱质量不高。 20世纪——联合法制碱：首先德国人提出将氨碱法的碳酸 化母液中所含氯化铵直接制成固体作为产品出售，并通过实 验获得初步结果；1938年我国永利化学工业公司在侯德榜博士 领导下，进行这方面的研究，并获得成功——侯氏制碱法又 叫循环制碱法或联合制碱法。 天然碱加工：美国天然碱蕴藏最丰富，直接加工制碱成 本低、污染小。取代了其他制碱方法。 目前世界上重要的制碱方法 4. 2 氨碱法制纯碱 4. 2.1 氨碱法的生产原理 1、主要原料 食盐、氨、石灰石 2、 主要化学反应 【氨盐水碳酸化】NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 (s)+ NH4Cl 【重碱煅烧】 2NaHCO3 (s) = Na2CO3 (s)+ CO2 (g) + H2O 【氨的回收】NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O CO2的来源：①大部分由煅烧石灰石得到； ②一部分由重碱煅烧而来。 【石灰石煅烧】 CaCO3 = CaO+ CO2 石灰窑中煅烧来的CaO供“氨回收”反应用： 【石灰乳制备】CaO + H2O = Ca(OH)2 4.2.2 氨碱法相图讨论 氨盐水碳酸化反应实质上是液固相反应，原则上可用液相平衡常数来确定平衡反应量。但由于体系复杂，液相活度系数计算困难，所以工业上往往利用实验得到的相图来确定生产条件，保证在给定工艺条件下得到所需的产品及质量。 反应体系有5种物质： NaCl-NH4Cl-NH4HCO3- NaHCO3-H2O, 有一个化学反应平衡常数方程，独立组分数为4。水是溶剂，所以可以将体系看成是除水外的其它4组分构成的。也可用Na+,Cl-,NH4+和HCO3-离子浓度表示。 相律 F=C - ? + 2 定压下，当只有需要的碳酸氢钠析出，没有其它盐类析出时自由度为： F= 4 - 2 +1= 3。应用温度及两个浓度变量来讨论。 相图的组成 必须用立体相图表示。工业上通常用四棱锥或四棱柱相图表示。 ① 相图的组成 ② 平面干盐相图 ③ 原料配比和产品析出 ④ 原料利用率 ⑤ 氨盐比的影响 ⑥温度的影响 4. 2.3 氨碱法制碱的生产流程 氨碱法生产流程如图4.4。简要流程如下： （1）饱和盐水的制备和精制 【原料】海盐、池盐、岩盐、井水盐、盐湖水 【制备及精制过程】将原盐在化盐桶中制备得粗盐水，再精制粗盐将其中Ca盐和Mg盐等杂质除去。 【精制原因】在吸收氨和碳酸化过程中，可能生成Mg(OH)2和CaCO3沉淀，使管道堵塞或影响产品质量。 【精制目标】需除去99%以上的钙、镁杂质。 【精制反应】 除镁 Mg2+ + Ca(OH)2(s) = Mg(OH)2(s) + Ca2+ （一次盐） 除钙（可用下列两法之一） ①石灰-碳酸铵法 Ca2++ 2NH3 + CO2 + H2O = CaCO3(s) + 2NH4+ ②石灰纯碱法 Ca2++ Na2CO3 = CaCO3(s) + 2Na+ （二次盐） 【两种除钙法比较】 石灰-碳酸铵法可用尾气中的氨，省原料，但生成的氯化铵对碳酸化过程不利，使其转化率