制堿工藝part1

1、第二章 制堿工藝2.1 氨堿法制純堿純堿是重要的化工原料之一。 化學(xué)工業(yè)制水玻璃(水溶性硅酸鹽)、重鉻酸鈉、硝酸鈉、氟化鈉、小蘇打、硼砂、磷酸三鈉等。 冶金工業(yè)用作冶煉助熔劑、選礦用浮選劑，煉鋼和煉銻用作脫硫劑。 印染工業(yè)用作軟水劑。 制革工業(yè)用于原料皮的脫脂、中和鉻鞣革和提高鉻鞣液堿度。2.1.1 氨堿法工藝流程示意圖鹽水制備鹽水精制吸氨碳化過(guò)濾煅燒蒸氨壓縮石灰窯消化水鹽N3H水蒸氣廢液石灰乳Na2CO3CO2CO2CO2碳化尾氣NH3、CO2無(wú)煙煤或焦炭石灰石氨堿法生產(chǎn)純堿過(guò)程主要分以下幾個(gè)工序二氧化碳和石灰乳的制備 石灰石于940至1200在煅燒窯內(nèi)分解得到生石灰CaO和CO2氣體。 C

2、O2用于碳化，生石灰CaO加水制成石灰乳(氫氧化鈣乳液)，用以蒸氨。b. 鹽水的制備和精制 將原鹽溶于水制得飽和食鹽水溶液；由于鹽水中含有Ca、Mg等離子，需要精制。c. 氨鹽水的制備 精制后的鹽水吸氨制備含氨的鹽水溶液。d. 氨鹽水的碳酸化(最重要工序) 氨鹽水與CO2作用生成碳酸氫鈉和氯化銨，碳酸氫鈉濃度過(guò)飽和后結(jié)晶析出，從而與溶液分離。 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cle. 碳酸氫鈉的煅燒 煅燒目的是為了分解碳酸氫鈉獲得純堿，同時(shí)回收近一半的CO2供碳酸化使用。 2NaHCO3 = Na2CO3+H2O+CO2f. 氨的回收 碳酸化后分離出來(lái)的母液中含有NH4C

3、l、NH4OH、 NH4CO3和NH4HCO3 ，需要將氨回收利用。2.1.2 石灰石煅燒與石灰乳制備a. 石灰石煅燒的原理 CaCO3=CaO + CO2 H = 179.6kJ/mol 生產(chǎn)中一般控制石灰石溫度在950至1200。溫度過(guò)高時(shí)可能出現(xiàn)熔融或半熔融狀態(tài)，發(fā)生掛壁或結(jié)瘤，石灰變成堅(jiān)實(shí)不易消化的“過(guò)燒石灰”。 窯氣(CO2含量40%)經(jīng)過(guò)凈化、冷卻后被壓縮機(jī)抽出，實(shí)現(xiàn)石灰石持續(xù)分解。b. 石灰窯(石灰石煅燒的場(chǎng)所) 目前采用最多的是連續(xù)操作的豎窯，窯身用普通磚砌成或鋼板卷焊制成，內(nèi)襯耐火磚，兩層之間填裝絕熱材料，減少熱量損失。 空氣由鼓風(fēng)機(jī)從窯下部送入窯內(nèi)，石灰石和固體燃料由窯頂裝

4、入，在窯內(nèi)自上而下運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)自下而上進(jìn)行，窯底可連續(xù)生產(chǎn)出生石灰。c. 石灰乳制備 把石灰窯排出的生石灰加水進(jìn)行消化，制備后續(xù)工序(鹽水精制和蒸氨過(guò)程)所需的氫氧化鈣。 消化時(shí)因加水量不同，可得到： 消石灰(氫氧化鈣細(xì)粉末)、 石灰膏(稠而不流動(dòng)的膏)、 石灰乳(消石灰在水中的懸浮液)、 石灰水(氫氧化鈣水溶液)。 石灰乳較稠對(duì)于生產(chǎn)有利，但太稠易沉淀堵塞設(shè)備，一般工業(yè)上使用比重1.27的石灰乳。2.1.3 鹽水精制與吸氨飽和鹽水的制備與精制 精制鹽水的方法目前有石灰-碳酸銨法和石灰-純堿法。石灰-碳酸銨法 用消石灰除去鹽水中的鎂(Mg2+)，反應(yīng)過(guò)程pH一般控制在10至11。 Mg2+ +

5、Ca(OH)2= Mg(OH)2 + Ca2+ 將分離出沉淀后的溶液送入除鈣塔除鈣塔中，用碳碳化塔化塔頂部尾氣中的NH3和CO2再除去Ca2+。 Ca2+CO2+2NH3+H2O = CaCO3+ 2NH4+(2) 石灰-純堿法 用消石灰除去鹽水中的鎂(Mg2+)，反應(yīng)過(guò)程pH一般控制在10至11，反應(yīng)式為： Mg2+ + Ca(OH)2= Mg(OH)2 + Ca2+ 用純堿除鈣，反應(yīng)式： Ca2+Na2CO3 = CaCO3 +2Na+ 怎樣除掉鉀離子？ b. 鹽水吸氨 (1) 吸氨的原理 精制鹽水與NH3發(fā)生下列反應(yīng)： NH3(g) +H2O(l) = NH4OH(l) 精制以后的飽和鹽

6、水冷卻后由吸氨塔上部淋下，與塔底上升的氨氣逆流接觸，以完成鹽水吸氨過(guò)程。 (2) 吸氨的主要工藝條件 氨鹽水NH3/NaCl比值的選擇： NH3/NaCl比值過(guò)高會(huì)有NH4HCO3 和NaHCO3同時(shí)析出，降低氨的利用率；如果此值過(guò)低，又會(huì)降低鈉的利用率。生產(chǎn)實(shí)踐中NH3/NaCl比值一般為1.08至1.12 。 鹽水吸氨溫度的選擇： 低溫有利于鹽水吸收氨氣，有利于降低氨氣夾帶的水蒸汽量，但溫度過(guò)低會(huì)產(chǎn)生(NH4)2CO3H2O和NH4HCO3結(jié)晶堵塞設(shè)備。實(shí)際生產(chǎn)中吸氨塔溫度控制在55至60。 吸氨塔壓力的選擇： 吸氨操作在微負(fù)壓下進(jìn)行，其壓力大小以不妨礙鹽水下流為限。2.1.4 氨鹽水碳酸

7、化 a. 碳化的基本原理 氨鹽水吸收CO2的過(guò)程稱(chēng)為碳酸化，又稱(chēng)碳化，其目的在于獲得高產(chǎn)率和高質(zhì)量的碳酸氫鈉結(jié)晶。碳酸化過(guò)程的反應(yīng)式：NH3+CO2+H2O = NH4HCO3NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 +NH4Clb. 氨鹽水碳化的工藝條件碳化度 碳化度是指氨鹽水溶液吸收二氧化碳程度的量，定義為碳化液體系中全部二氧化碳的摩爾數(shù)與總氨氣的摩爾數(shù)之比。碳化度值越大，NH3轉(zhuǎn)變成NH4HCO3 越完全。 受多種條件限制，實(shí)際生產(chǎn)中碳化度一般控制在180至190%范圍內(nèi)。(2) 原始氨鹽水溶液的理論適宜組成 理論適宜組成是指在一定溫度和壓力條件下，塔內(nèi)達(dá)到固液平衡時(shí)，液相的組成NH3/NaCl是氯化鈉的利用率UNa達(dá)到最高時(shí)的原始溶液組成。 實(shí)際生產(chǎn)中一般控制NH3/NaCl在1.08至1.12范圍內(nèi)。2.1.5 重堿過(guò)濾與煅燒過(guò)濾分離設(shè)備 離心過(guò)濾機(jī)和真空過(guò)濾機(jī) 真空過(guò)濾機(jī)主要有濾鼓、錯(cuò)氣盤(pán)、堿液槽、壓輥、刮刀、洗水槽和傳動(dòng)帶組成，其中濾鼓是最關(guān)鍵組成部分。b. 重堿煅燒的基本原理 重堿是一種不穩(wěn)定化合物，在內(nèi)熱式蒸汽煅燒爐內(nèi)加熱