化工工艺纯碱工艺

无机化工工艺学纯碱第一篇纯碱第一章绪论一．纯碱的性质和用途二．纯碱工业的发展简史三．中国纯碱工业发展概况内蒙古鄂尔多斯合同查汗淖碱湖鄂尔多斯天然碱厂纯碱，又叫碳酸钠，化学式NaCO3。俗称“苏打”相对分子量（或原子量）105.991、密度2.532kg/dm32、熔点851℃3、性状白色粉末或细粒4、溶解情况易溶于水，水溶液呈碱性。不溶于乙醇、乙醚。§1纯碱的性质第一部分纯碱5.水合物：一水合物NaCO3•H2O（碳氧）七水合物NaCO3•7H2O十水合物NaCO3•10H2O（晶碱、洗涤碱）工业产品纯度：98-99%7、其他吸湿性强，能因吸湿而结成硬快。6.依颗粒大小、堆积密度不同可分为：超轻质纯碱0.3-0.44t/m3轻质纯碱0.45-0.69t/m3重质纯碱0.8-1.1t/m3通常生产的纯碱堆积密度为0.5-0.6t/m3,体积大，不便包装、运输，需要加工到0.8-1.1t/m3的重质纯碱。纯碱和烧碱广泛应用玻璃、制皂、纺织、造纸、石油化工、化肥、冶金、医药等工业。用途两种著名的制碱技术：•(1)氨碱法制纯碱(索尔维制碱法)•(2)联合制碱法(侯氏制碱法)§3纯碱的生产方法全球纯碱市场发展现状当前世界纯碱的总生产能力接近4300万吨，纯碱的主要生产国是美国、中国、俄罗斯、印度、德国、乌克兰、法国、英国、意大利。二．中国纯碱工业发展概况1949年以前两家天津塘沽永利碱厂、大连碱厂氨碱法我国现有八大碱厂，即大化公司碱厂、唐山碱厂、天津碱厂、青岛碱厂、维坊碱厂、连云港碱厂、湖北化工厂及自贡鸿鹤化工总厂，其生产能力占我国全部纯碱生产能力的75％左右。纯碱工业在我国化工行业占有重要地位,目前我国纯碱生产能力和产量均居世界第一位。2006年我国纯碱生产能力为1620万t/a，产量达1543万t，在我国有50多家纯碱生产企业，从业人员已超过10万人。近年来，发达国家不断关闭纯碱厂而我国的纯碱产能却扩张很快，目前我国已成为世界纯碱的生产基地之一。从2004年至今,受国内海盐减产以及资源和能源供应紧张的影响,纯碱价格大幅度上涨,2005年最高达到1700~1800元/t,2005年底纯碱价格出现下滑,并蔓延到2006年3—4月,2006年二、三季度纯碱价格有所回升。成本及价格：2000年氨碱法平均制造成本为60～700元，同比升高40～80元。联碱法双顿制造成本平均为1100元，同比上升50元。2000年1月份1200元／吨左右，8、9月份价格升到最高点，价格为1400元／吨左右，四季度价格出现回落，价格为1300元／吨左右。2000年氨减法平均盐耗为1497公斤，比1999年升高6.5公斤。平均氨耗为6.14公斤，同比升高0.02公斤。可比综合能耗为9186兆焦，同比升高56兆焦。2000年联碱法平均盐耗为1175公斤，同比降低3公斤。氨耗平均376公斤，与上年持平。可比能耗为9186兆焦，同比升高291兆焦。消耗定额／t：我国生产的纯碱在产品质量、消耗定额和自动化水平及劳动生产率等方面与国外相比尚有较大差距。主要在产品质量、生产成本、自动化水平及用工情况方面。产品质量方面：盐含量：我国0.5％左右美国天然碱及欧洲的合成低盐纯碱含盐一般少于0.2％白度：我国低于90％美国天然碱白度95％粒度：我国所产重质纯碱粒度大小不均，大颗粒多(2)生产成本方面氨耗我国为9.5kg/t国外先进水平为lkg/t海盐价格我国为250元/t国外制碱用盐不仅质量好，而且价格仅为10美元。(3)自动化水平及用工情况发达国家的纯碱厂机械化、较高，用工人数少，而我国碱厂用工人数明显多于国外同类工厂，1996年我国氨碱法最高劳动生产率为每人人民币37万元，不及美国的十分之一。我国纯碱工业展望我国小型纯碱企业仍有160万t/a的生产能力,将逐渐被淘汰,让出的市场将由大、中型企业补充。我国有竞争力的纯碱生产能力需不断增加,才能满足国内不断增长的消费和出口的需要。我国自行开发的联合制碱、变换气制碱、优质原盐制碱是世界上的领先工艺。重质纯碱和低盐重质纯碱是今后发展和应用的方向。消费预测：2005—2010年国内消费增长率预计为6·5%；2010—2015年预计为2·8%；2005—2010年以纯碱出口量增加到180万t计算,进口量按30万t计,2010年我国对纯碱的需求量将达到1700万t。以上分析结果显示,今后5~10年,我国纯碱生产能力还需要增加500万t/a左右才能满足国内消费及出口的需求。因此我国纯碱工业仍有一定的发展空间。三．纯碱工业的发展简史人类使用碱最早取自于天然碱和草木灰。大规模工业生产开始于18世纪末。主要方法:（一）路布兰制碱法已淘汰（二）索尔维制碱法（氨减法）60%以上用该法（三）联合法制碱（侯氏制碱法）5%（四）天然碱加工（五）烧碱碳酸化法（一）路布兰制碱法已淘汰原料：食盐、石灰石、煤粉反应过程：2NaCl+H2SO4=NaSO4+2HClNaSO4+2C=Na2S+2CO2Na2S+CaCO3=Na2CO3+CaSCaS+CO2+H2O=CaCO3+H2SH2S+2O2=H2SO4路布兰法制碱是化学工业兴起的重要标志之一，促进了硫酸、盐酸工业的发展。缺点：固相反应，难以连续生产。产品质量低，成本高。回收的盐酸需要外销。（二）索尔维制碱法（氨减法）60%以上用该法原料：食盐石灰石反应过程：NH3+H2O=NH4OH2NH4OH+CO2=（NH4）2CO3（NH4）2CO3+CO2+H2O=2NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O索尔维制碱法的优点：原料（食盐和石灰石）来源容易生产过程以液相、气相为主，可连续大规模生产产品质量高，可达99%以上，成本低。缺点：食盐利用率低，Na+仅为75%,Cl-完全没有利用环境污染严重，每生产1吨碱约排放10m3废不宜在内陆建厂（三）联合法制碱（侯氏制碱法）占5%原料：食盐、二氧化碳、氨将索尔维制碱工业和合成氨工业联合起来，即生产纯碱，又生产氯化铵。每生产1吨纯碱能生产1吨氯化铵。但是由于氯化铵常常供大于求，旭销子公司对该法进行了改良，开发了可以根据需要，调整氯化铵产量的“新旭法”。（四）天然碱加工含有Na2CO3、NaHCO3的可溶性盐类的矿物称为天然碱。世界上有许多国家，蕴藏着天然碱矿，其中以美国最为丰富，主要产地在怀俄明州的绿河地区(GreenRiver)。绿河地区蕴藏着1140～1210亿t倍半碱矿(Na２CO３．NaHCO３·2H2O)。采用天然碱生产纯碱主要国为美国，已全部取代氨碱法，年产量约9Mt纯碱。（五）烧碱碳酸化法氯碱工业2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2有时，烧碱过剩，将烧碱碳酸化制成一水合物（NaCO3•H2O），再分离、焙烧成重质纯碱。氨碱法、联合制碱法和天然碱加工是目前世界上重要的纯碱生产方法。其它还有芒硝制碱法、霞石制碱法，但比重很小。第二章氨碱法生产纯碱2.1概述2.2石灰石煅烧和石灰乳、二氧化碳制备2.3盐水的制备与精制2.4盐水吸氨2.5氨盐水的碳酸化2.6重碱的过滤2.7重碱的煅烧2.8氨的回收2.1概述一．氨碱法的主要过程二．氨碱法生产纯碱的工艺流程图三.氨碱法生产纯碱的七个工段•氨碱法制碱的生产原理•1、主要原料•食盐、氨、石灰石、焦炭•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】2NH4Cl+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△△一．氨碱法的主要过程氨碱法生产纯碱是以食盐和石灰石为原料，以氨为媒介物，进行一系列化学反应和工艺过程而制得的。(1)氨盐水碳酸化NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3+NH4C1这一过程是在碳酸化塔中进行的。过程之所以能够向右进行是由于NaHCO3比NaCl、NH4C1、NH4HCO3三者的溶解度都要低得多。相反，由于Na2CO3、Na2CO3·NaHCO3·2H2O的溶解度都比较大，所以用氨盐水碳酸化直接制取这两种化合物的企图是难以实现的。即下列两反应是不可能进行的：2NaCl+2NH3+CO2+H2O→Na2CO3+2NH4C13NaCl+3NH3+2CO2+4H2O→Na2CO3·2H2O+3NH4C1(2)盐水吸氨水和盐水吸收二氧化碳是很困难的，在没有氨存在时，CO2几乎不溶解在盐水中。为了使反应能很好进行，必须要先将氨溶解在盐水中，然后再进行碳酸化。盐水吸氨是在吸氨塔中进行的。(3)盐水精制所用的氯化钠溶液可以是从盐井直接汲取的卤水，也可以是用固体食盐溶解制成的溶液。不论何种氯化钠溶液，其中都或多或少地含有Ca2+、Mg2+等杂质，它们在氨化时生成Mg(OH)2沉淀，在氨盐水碳酸化时又会生成CaCO3、MgCO3及其不溶性含镁复盐，这些固体既会堵塞设备和管道，影响传热；又会进入产品中，影响质量，故必须预先加以除去。除去的方法：往盐水加入碱性物质，使Mg2+成为Mg(OH)2沉淀；然后再加入某些可溶性碳酸盐，使Ca2+成为CaCO3沉淀。Mg2++2OH-→Mg(OH)2↓Ca2++CO32-→CaCO3↓生成的Mg(OH)2和CaCO3可借沉降法除去。(4)重碱煅烧反应所生成的碳酸氢钠(Sodiumbicarbonate）送入煅烧炉，在180～210℃范围内以下煅烧，即得纯碱：2NaHCO3→Na2CO3+H2O↑+CO2↑此时重碱中所含的NH4HCO3、(NH4)2CO3也一起分解：NH4HCO3→NH3↑+H2O+CO2↑(NH4)2CO3→2NH3↑+H2O+CO2↑放出的二氧化碳气因其在煅烧炉中产生，故名为炉气，冷却除去其中的NH3和部分H2O后，经压缩机压缩，回到碳酸化塔中。Sodiumbicarbonate我国最早译作重碳酸钠，简称重碱。这“重”字应读为chong，不应读为zhong。现在我国已习惯地将重碱这个名词用来指氨盐水碳酸化得到的粗NaHCO3半成品。而工业纯的NaHCO3则称为小苏打或洁碱。还应指出，在第一章绪论中提到的堆积密度大的纯碱称为重质纯碱，简称重质碱或重灰，其重字应读为zhong，不应读作chong。读者不要将重碱和重质碱两者彼此混淆。(5)母液蒸氨重碱母液中主要含NH4C1，并含NaCl和NH4HCO3和(NH4)2CO3，当加热蒸馏时，母液中的NH4HCO3和(NH4)2CO3分解，使NH3和CO2逸出。这是在蒸馏塔上部的预热段中完成的。重碱母液中的NH4C1，为了回收其中的NH3，必须将预热段出来，已除去了的NH4HCO3和(NH4)2CO3的溶液，送入预灰桶(也称调和槽)中，加入石灰乳，在不断搅拌下进行如下反应：2NH4C1+Ca(OH)2→2NH3↑+H2O+CaCl2由于NH3在水中的溶解度很大，故不可能全部从液相中逸出。因此要将预灰桶出口的溶液送入蒸馏塔下部的石灰乳蒸馏段(简称灰蒸段)中，用直接蒸汽将NH3蒸出。回收的NH3气送入预热段的底部作为加热介质，然后从预热段的顶部流出，送往吸收塔吸收。灰蒸段底部排走的溶液含CaCl2和NaCl，此外还含有石灰乳中带来的大量水不溶物，称为蒸馏废液，一般情况下送入白灰埝中沉降。(6)石灰石煅烧CaCO3→CaO+CO2↑石灰石的煅烧是在竖式石灰窑中进行的。如果用固体燃料产生的二氧化碳气，其含量约在40％左右，称为窑气，经过除尘、冷却和压缩后送去氨盐水碳酸化。在石灰窑中得到的固体产品即为石灰。为了易于调节和便于输送，通常都将石灰先制成石灰乳。这可以将石灰和热水一起送往消化机中，在近于沸腾的温度下，进行消化反应而成：CaO+H2O→Ca(OH)2氨碱法的主要化学反应之间的关系可以表示为：氨碱法生产纯碱的工艺流