氨碱法生产纯碱.doc

氨碱法制备纯碱 1.教学目标： （1）理解氨碱法生产纯碱的相关化学原理； （2）掌握氨碱法制备纯碱的工艺操作流程； （3）理解化学原理应用于实际化工生产的方法； 2．教学难点：制碱生产原理与工艺生产过程 3. 教学类容： 3.1 纯碱简介 无水碳酸钠（Na2CO3）是俗称苏打，是重要的基础化工原料，主要用于玻璃制造、化工、冶金，以及造纸、纺织、食品等轻工业，用量极大，在国名经济中占有十分重要的地位，被誉为“化工之母”。 3.2纯碱的工业制法 工业上制取纯碱最早是由法国人路布兰首先提出来的，以食盐，煤，硫酸及石灰石为为原料，其反应如下： 路布兰生产缺点：不能连续生产，原料利用率低，产品质量差，劳动强度大，成本高等缺点不能满足工业发展的需要而逐渐被淘汰。1861年，比利时苏尔维在总结前人各种制碱方法的基础上，提出了以食盐，石灰石，焦炭（或煤），氨为原料制取纯碱的方法，俗称氨碱法。我国科学家侯德榜研究出联合制碱法。目前纯碱工业上主要使用这两种制备方法。 3.3 氨碱法制备纯碱的生产原理 氨碱法生产纯碱分为六个基本过程。 二氧化碳和饱和石灰水的制备 将石灰石在石灰窑内煅烧得到生石灰（氧化钙CaO）和二氧化碳（CO2），再将生石灰加水进行消化。 （2）精盐水的制备 将原盐溶解或采用天然盐水除去钙，镁杂质，得到合格的饱和食盐水。 （3）氨盐水的制备 用精盐水吸收氨气制成氨盐得到符合要求的氨盐水。 （4）氨盐水的碳酸化 将氨盐水与二氧化碳作用，即得到碳酸氢钠和氯化铵。 （5）碳酸氢钠的过滤与煅烧 碳酸氢钠煅烧得到产品纯碱，并回收二氧化碳，供碳酸化使用。 （6）氨的回收 将氯化铵与石灰乳作用并加热使之分解，回收氨供吸氨过程使用。 3.4 氨碱法生产纯碱的步骤 3.4.1石灰石的煅烧和石灰乳的制备 （1）石灰石的煅烧 将石灰石在石灰窑内煅烧得到生石灰（氧化钙CaO）和二氧化碳（CO2） △H=181KJ/mol 该反应为一个吸热和体积增加反应，根据化学平衡知识可知：升高温度或降低二氧化碳分压可使平衡向右移动。碳酸钙在898℃分解压强为101.3kPa（1atm），此温度即为CaCO3在101.3kPa（1atm）的分解温度。 （2）石灰乳的制备 将生石灰加水进行消化，即可变成盐水精制或蒸氨过程所需要的氢氧化钙。消化时根据加水量的增多可得到消石灰（细粉末）、石灰膏（粘稠不流动物质）、石灰乳（消石灰在水中的悬浮乳液）和石灰水（Ca(OH)2水溶液）。由于氢氧化钙的溶解度很小且随温度的升高而降低，粉末状的消石灰使用不方便，故生产中常用消石灰悬浮液即石灰乳。 △H=-64.9KJ/mol 3.4.2 盐水的制备与净化 氨碱法制备纯碱的主要原料之一是食盐的饱和水溶液。我国海盐资源十分丰富，纯碱生产多用海盐，其成分如下： NaCl 300.4g/L CaSO4 4.18g/L CaCl2 0.80g/L MgCl2 0.35g/L 这种粗盐中最主要的杂质是钙盐和镁盐，他们的含量虽然不大，但在吸氨和碳酸化过程中会与NH3及CO2发生化学反应，生成沉淀或复盐（Mg(OH)2、MgCO3·Na2CO3、NaCl· MgCO3·Na2CO3等，不仅会引起设备管道的结垢甚至堵塞，增加原盐和氨的损失，还会影响产品质量，因此对粗盐水进行精制。 盐水精制有四种方法：石灰-氨-二氧化碳法、石灰-纯碱法、氨-二氧化碳法（碳酸铵法）和石灰-芒硝法，目前生产中产用的为石灰-氨-二氧化碳法和石灰-纯碱法。 （1）石灰-氨-二氧化碳法 该方法是现在盐水中加入石灰乳，使镁盐转化为氢氧化镁沉淀出去，溶液PH=10-11。除镁时还需要加入少量苛性淀粉，将沉淀黏结，加速沉降。沉淀物除去后，再利用碳酸化塔顶含NH3及CO2的尾气，除去新加入的和原有的钙离子，这个过程通常是在脱钙塔内进行的。 （2） 石灰-纯碱法 此法是利用石灰乳除去镁盐，而后采用纯碱除去钙盐。从该方程式中可以看出，若除钙时不生成铵盐而是生成钠盐，就不会影响盐水碳酸化过程中氯化钠的转化率。此方法除钙除镁时一次进行的，所用的石灰量相当于镁含量，纯碱的加入量相当于钙镁含量之和，由于CaCO3在饱和食盐水中的溶解度比纯水中大，故纯碱应过量。 3.4.3精盐水的氨化 1. 精盐水氨化的基本原理 由于NH3极易溶于盐水，而CO2在盐水中的溶解度很小，不易溶于盐水，但易溶于氨盐水，并且随着氨盐水中NH3浓度的增加，CO2的吸收率也增加，因此，在纯碱生产过程中，应先吸氨制成氨盐水，然后再进行碳酸化。精盐水的氨化过程中除了制备氨盐水外，还能除去盐水中的钙镁杂质。 氨化反应 △H=-35.2kJ/mol △H-95.0kJ/