纯碱和烧碱

纯碱和烧碱 第九章 纯碱和烧碱第九章 纯碱和烧碱 本章内容目录纯碱和烧碱第一部分 纯碱 第二部分 烧碱?1 纯碱的性质 ?1 烧碱的性质?2 纯碱的用途 ?2 烧碱的用途?3 生产方法 ?3 生产方法?4 氨碱法制纯碱 ?4 生产原理?5 联碱法制纯碱 ?5离子交换膜法制?6 氨碱法和联合 纯碱法的比较第九章 纯碱和烧碱 第一节 纯碱 ?1 纯碱的性质 国内纯碱生产概况 N a2C O3 纯碱，又叫碳酸钠，俗称“苏打” 相对分子量(或原子量) 105.99 1、密 度 2.532kg/dm3 2、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。 5、其第九章 纯碱和烧碱 他 吸湿性强，能因吸湿而结成硬快。 ?2 纯碱的用途 纯碱是一种大吨位化工原料， 用途极其广泛 制造玻璃 制肥皂 硬水变软水 石油和油类的碱精制 冶炼工业上的应用 化学工业上的应用 洗涤、印染、漂白及其他第九章 纯碱和烧碱 ?3 生产方法 1、氨碱法生产纯碱 2、联碱碱法生产纯碱(侯氏法) 3、路布兰法 (图) 芒硝制碱法 (图) 4、天然碱加工提纯制纯碱 (图)第九章 纯碱和烧碱 ?4 氨碱法 一、化学原理: 石灰石煅烧 CaCO3 CaO CO2 CaO H2O CaOH 2 碳酸化 NH3H2OCO2NH4HCO3 ? NH4HCO3NaClNaHCO3NH4Cl 煅烧和氨的回收 2NaHCO3NaCO3CO2?H2O? CaOH2 NH4Cl CaCl2 H2O第九章 纯碱和烧碱二、氨碱法的生产过程: (1)CO2 气和石灰乳的制备。煅烧石灰石制得石灰和二氧化碳，石灰消化而得石灰乳。 (2)盐水的制备、精制及氨化，制得氨盐水。 (3)氨盐水的碳酸化制重碱。来自石灰石煅烧及重碱煅烧的CO2，经压缩、冷却送至碳化塔。 (4)重碱的过滤及洗涤(即碳化所得晶浆的液固分离)。 (5)重碱煅烧制得纯碱成品及CO2。 (6)母液中氨的蒸馏回收。 第九章 纯碱和烧碱 三、流程示意图 四、主要设备 碳化塔是氨碱法制 纯碱的主要设备之一。 它是由许多铸铁塔圈组 装而成，结构上大致可 分上、下两部分:上部 为二氧化碳吸收段，下 部有一些冷却水箱，用 以冷却碳化液以析出晶 体。(图见右)第九章 纯碱和烧碱 ?4 联合制碱法 以食盐、氨及合成氨工业副产的二氧化 碳为原料，同时生产纯碱及氯化铵，即所谓 联合法生产纯碱及氯化铵，简称“联碱法” 联碱法前一部分与氨碱法一样，最后把 氯化铵晶体分离出来，作为一种氮肥产品， 把所余的食盐返回碳化塔，供制碳酸氢钠。 联合制碱原理示意图 联合制碱流程简图 联合制碱流程详图第九章 纯碱和烧碱 ?5 氨碱法和联碱法的比较1。氨碱法的优点:原料易于取得且价廉，生产过程中的氨可循环利用，损失较少;能够大规模连续生产，易于机械化，自动化;可得到较高质量的纯碱产品。2。氨碱法缺点:是原料利用率低，造成大量废液废渣排出，严重污染环境;碳化后母液中含有大量的氯化铵，需加入石灰乳使之分解，然后蒸馏以回收氨，这样就必须设置蒸氨塔并消耗大量的蒸汽和石灰，从而造成流程长，设备庞大和能量上的 浪费。3。联合制碱法与氨碱法比较有下列优点:原料利用率高;不需石灰石及焦碳，降低了很多成本;纯碱部分不需要蒸氨塔、石灰窖、化灰机等笨重设备，缩短了流程，建长投资花费减少;无大量废液、废渣排 第九章 纯碱和烧碱 第二节 烧碱 ?1 烧碱的性质 国内烧碱生产概况 烧碱，又叫氢氧化钠;火碱;苛性钠 NaOH 相对分子量(或原子量) 40.011、密度 2.130 kg /dm32、熔点 318.4?3、沸点 1390?4、性状无色透明晶体5、溶解情况易溶于水，同时强烈放热。溶于乙醇和甘油6、其他 固碱吸湿性很强，露置在空气中，最后会完全溶解成溶液。第九章 纯碱和烧碱 ?2 烧碱的用途 烧碱的用途很大尤其是化学药品的制造上其次是造纸、炼铝、人造丝和人造棉、肥皂制造业。再其次在生产染 料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制金属钠，水的电解以及无机盐生产中制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。 美国及日本的烧碱用途 美国 日本 化学药品 40—45 化学工业 57 纸及纸浆 12—14 纸及纸浆 10 氧化铝 5—8 炼铝 6 纤维加工 3—6 化学纤维 7 粘胶纤维、人造 玻璃纸 2 丝、玻璃纸 4—5 纺织印染 1 肥皂、洗涤剂 3—4 调味品 2 石油工业 3—5 石油精制 1 出口 8—10 出口 6 其他 10—15 其他 8 ?3 生产方法 1、19世纪末，世界上一直是用苛化法生产烧 碱。 (图1) (图2) 2、从1890年开始采用电解法制烧碱，隔膜法 和水银法差不多同时发明。 (图) 3、20世纪50年代电解制碱技术进一步发展， 出现了离子交换膜法。1966年美国杜邦公司开 发了化学稳定性较好的离子交换膜，1975年日 本旭化成公司开始工业化生产。目前，全世界 已有90多家氯碱厂应用离子膜的工艺技术，日 产量已达万吨以上。第九章 纯碱和烧碱 ?4 电解食盐水生产烧碱和 水银法的原理 电解食盐水生产烧碱的原理 (图) NaCl Na，，Cl, H2OH，，OH, 通入直流电后，离子们被迫按一定的方 向游动，阳离子在阴极获得电子变成原子， 或进而结合成为分子;阴离子在阳极给出电 子，同样变成原子，并结合成分子。这些分 子如属气体，则从电解槽中逸出。 水银法原理 2NaCl，2HgCl2?，2NaHg 2NaHg，2H2O2NaOH，H2?，2Hg第九章 纯碱和烧碱 电解槽完成电解过程的主要设备是电解槽。 总的来说分为两类:一类是用处理过的石墨做阳极，铁丝网做阴极，阴极和盐水之间用石棉等多孔物质作为隔膜分开，这种装置叫隔膜电解槽;另一类也用石墨做阳极，用分布在槽底的水银做阴极，叫水 格拉诺尔型电解槽银电解槽或汞电解槽。 国外，氯碱工业应用的隔膜电解槽有单极和复极 两种类型。单极的如美国虎克公司的电解槽;复 极电解槽，如美国和意大利共同研究的格拉诺尔型电 解槽。第九章 纯碱和烧碱 水平式水银电解槽 最常用的水银电解槽是水平式的，一层水银平卧在槽底上。为了使钠汞齐中的钠含量不超过允许限度，水银应不断流到解汞室去，因此槽底需略微倾斜，输送时并须用特制的水银泵。 第九章 纯碱和烧碱 ?5 离子交换膜法 离子交换膜法与传统的隔膜法、水银法相比，具有能耗低、产品质量高、占地面积小、生产能力大及能适应电流昼夜变化波动大等优点。此外，它还彻底根治了石棉、水银对环境的污染。因此，被公认为是氯碱工业的发展方向。一、原理 如图 电解槽的阴极室和阳极室用阳离子交换膜隔开，精制盐水进入阳极室，纯水加入阴极室。通电时H2O 在阴极表面放电生成氢气，Na， 离子通过离子膜由阳极室迁移到阴极室与OH, 结合成NaOH;Cl, 离子则在阳极表面放电生成氯气。经电解后的淡盐水随氯气一起离开阳极室。第九章 纯碱和烧碱 二、离子交换膜的性能 离子交换膜示意图 高化学稳定性 优良的电化学性能 稳定的操作性能 较高的机械强度 使用方便性 三、离子交换膜的种类 全氟羧酸膜(Rf—COOH) 全氟磺酸膜(Rf—SO3H ) 全氟磺酸/羧酸复合膜( Rf—SO3H / Rf—COOH)第九章 纯碱和烧碱 四、离子膜电解槽 (图) 离子膜电解槽与单级式和复级式两种型式。 不管哪种槽型，每台电解槽都是由若干个电解单 元组成。每个电解单元都有阳极、阴极和离子交 换膜。阳极由钛材制成，并涂有多种活性涂层; 阴极有用软钢制成的，也有用镍材或不锈钢制成 的。阴极上有的有活性涂层，也有的无涂层。 复极槽和单极槽之间的主要区别:在于电槽 的电路连线方法不同。单极槽内部的各个单元槽 是并联的，而各个电解槽之间的电路是串联的。 复极槽则相反，在槽内各个单元槽之间是串联， 而电解槽之间是并联。 第九章 纯碱和烧碱 五、离子膜电解制碱工艺流程图 盐水的二次精制 (图) 精制盐水的电解工艺 (图) 淡盐水的脱氯 (图) 六、影响电解槽技术经济指标的因素 盐水质量 阴极液中NaOH的浓度 阳极液中NaCl的浓度 阳极液的pH值 温度 停止供水或供盐水的影响第九章 纯碱和烧碱