第十一章-纯碱和烧碱.ppt

第11章 纯碱和烧碱 第11章 纯碱和烧碱Soda and caustic soda 11.1 纯碱 11.2 电解制烧碱和氯 第一节 纯碱 1.1 概述 1.2 氨碱法制纯碱 1.3 联合制碱法生产纯碱和氯化铵 国内纯碱概况 一、 纯碱的性质 二、纯碱的用途 三、生产方法 18世纪以前，天然碱、草木灰 → 1791年路布兰法（食盐+硫酸） →1861年氨碱法（苏维尔法） → 1942联合制碱法（制碱泰斗侯德榜），纯碱与肥料联合生产。 生产方法 1861年，比利时人苏维尔提出此法。 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。 1.2.1 氨碱法的生产原理 （1）主要化学反应 NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3(s) + NH4Cl 生成的碳酸氢钠煅烧分解后可得纯碱： 2NaHCO3 (s) = Na2CO3 (s)+ CO2 + H2O 利用的氨，可由下列反应回收： NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O 反应需要的CO2主要由煅烧石灰石得到，煅烧碳酸氢钠时也可回收一部分。 反应需要的CO2主要由煅烧石灰石得到，煅烧碳酸氢钠时也可回收一部分。 1.2.2 氨碱法的工业生产 主要分为: 石灰煅烧制CO2、盐水预处理、吸收制氨盐水、碳酸化、氨的回收、煅烧制纯碱等系统。 (1) 饱和盐水的制备和精制 精制的目的：将粗盐中所含杂质如Ca盐、Mg盐等除去。因为在吸收氨和碳酸化过程中，可能生成氢氧化镁和碳酸钙沉淀，使管道堵塞或影响产品质量。 先加入石灰乳使镁离子变成钙离子： Mg2+ + Ca(OH)2(s) = Mg(OH)2(s) + Ca2+ 除钙可用下列两法之一： 2NH3 + CO2 + H2O +Ca2+ = CaCO3(s) + 2NH4+ Na2CO3 + Ca2+ = CaCO3(s) + 2Na+ 两种除钙方法比较 ☆氨法 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。 ☆纯碱法：用产品碱去除钙虽损耗了部分产品，但没有氯化铵生成，对后续工序碳酸化有利。 用氨的除钙塔基本构造如右图。 气体从塔底经菌帽齿缝后与溶液充分接触，在上部用水洗涤后排空。为了加速沉降过程，可加适当助沉剂，使形成絮状沉淀。 吸氨过程的主要反应为： NH3 + H2O = NH4OH ?H = -35.2kJ/mol 2NH3 +CO2 +H2O = (NH4)2CO3 ?H = -95.2kJ/mol 反应放热较多，每kg氨吸收成氨盐水可放热4280kJ。如不及时移走，可使系统温度升高95℃。 温度升高，氨分压增加，对吸收过程不利。因此，要用多个塔外水冷器冷却。使塔中部温度为60℃，底部为30℃ 。 副反应：与钙镁离子反应生成沉淀的反应。 吸氨的主要设备是吸氨塔。如图 氨从中部引入，引入处反应剧烈，温升大，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。 澄清桶：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。 (3) 氨盐水的碳酸化 碳酸化过程的反应机理分为三步： ① 氨盐水先与CO2反应生成氨基甲酸铵 CO2 + 2NH3 = NH4+ + NH2COO－ ② 氨基甲酸铵水解生成碳酸氢铵 ③ 碳酸氢铵与钠离子反应生成碳酸氢钠 CO2 + 2NH3 = NH4+ + NH2COO－ CO2 + NH3 = H+ + NH2COO－ NH3 + H+ = NH4+ 还有CO2水化反应 CO2 + H2O = H2CO3 CO2 +OH- = HCO3－ 由于水化反应速度慢，且溶液中氨的浓度比OH－离子浓度大很多，所以主要生成氨基甲酸铵。 NH2COO－ + H2O = NH3 + HCO3－ NH2COONH4 + H2O = NH4HCO3 + NH3 生成的氨可继续进行碳酸化过程 CO2 + 2NH3 = NH4+ + NH2COO－ 碳酸氢盐也存在下述反应 HCO3－ = H+ + CO32－ pH值为8~10.5时主要形成HCO3－ ，碱性更强时主要生成CO32－ 。 ③ 碳酸氢铵与钠离子反应生成碳酸氢钠