化工工艺学 第十一章-纯碱和烧碱
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Na2CO3 + Ca2+ = CaCO3(s) + 2Na+
石灰-氨-CO2法
石灰-纯碱法
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
用多个塔外水冷器冷却。使塔中部温度为60℃， 底部为30℃ 。
副反应有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，其
结构如图。
二
氨从中部引入，引入处反 次
Leabharlann Baidu
应剧烈，温升大，所以部
盐 水
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。
氨
澄清桶的目的是除去少量
钙镁盐沉淀，达到杂质含
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
三、生产方法
历史：
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。
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。
除钙塔基本结构
(2) 吸氨
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。故要
碳酸化 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 （s）↓
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl
煅烧和氨的回收
2NaHCO3=NaCO3+CO2↑+H2O↑
Ca(OH)2 +NH4Cl = CaCl2+H2O +2NH3 NH3回收利用
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
1. 氨碱法的生产流程
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。
氨碱法生产流程如下图
氨碱法原则工艺流程
氨碱法示意流程
饱和食盐水的精制
Ca(OH)2 氨的回收 NaHCO3
石灰煅烧制CO2
炉 气
氨碱法制纯碱流程
(1) 饱和盐水的制备和精制
Chemical Technology
第11章 纯碱和烧碱
Chapter 11 Soda ＆ Caustic Soda
化学工程与工艺专业
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
2NaCl+ H2SO4=Na2SO4+2HCl NaSO4+2C =Na2S+2CO2
缺点：原料利用低，质量差，成本高，间歇生产
Na2S+CaCO3 = Na2CO3 + CaS
图1 路布兰法生产纯碱流程图
图2 水蒸气还原芒硝制纯碱流程
图3 天然碱加工提纯制纯碱流程
1.2 氨碱法制纯碱
1861年比利时人苏维尔提出 此法。
澄清桶
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。
图 4.7
(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 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
① 氨盐水先与CO2 反应生成氨基甲酸铵
一、 纯碱的性质 ➢纯碱，又叫碳酸钠，俗称“苏打” Na2CO3
➢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 他 吸湿性强，能因吸湿而结成硬快。
二、纯碱的用途
精制的目的：将粗盐中所含杂质如Ca盐和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+
1.1 概述
国内纯碱概况
目前，我国共有50家左右的纯碱厂, 以氨碱 法为主，联碱法和天然碱并存。
2002年国内纯碱的总生产能力达到1030万吨 /年,产量为1018.9万吨
2003年，我国纯碱产量达到1101万吨，首次 超过美国居世界第一位。
2004年国内纯碱总产量1267万吨 2005年将达到1350万-1370万吨
利用的，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。
1.2 氨碱法制纯碱
1.2.1 氨碱法的生产原理
石灰石煅烧 CaCO3 = CaO + CO2 CaO +H2O = Ca(OH) 2
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
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
侯德榜(1890-1974)，字致本，名启荣， 著名化学家，“侯氏制碱法”的创始 人。他为祖国的化学工业事业奋斗 终生，并以独创的制碱工艺闻名于世 界，像一块坚硬的基石，托起了中国 现代化学工业的大厦，被称为“国 宝”。
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1） 芒硝制碱法（图2） 4、天然碱加工提纯制纯碱（图3）
石灰-氨-CO2法
石灰-纯碱法
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
用多个塔外水冷器冷却。使塔中部温度为60℃， 底部为30℃ 。
副反应有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，其
结构如图。
二
氨从中部引入，引入处反 次
Leabharlann Baidu
应剧烈，温升大，所以部
盐 水
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。
氨
澄清桶的目的是除去少量
钙镁盐沉淀，达到杂质含
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
三、生产方法
历史：
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。
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。
除钙塔基本结构
(2) 吸氨
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。故要
碳酸化 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 （s）↓
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl
煅烧和氨的回收
2NaHCO3=NaCO3+CO2↑+H2O↑
Ca(OH)2 +NH4Cl = CaCl2+H2O +2NH3 NH3回收利用
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
1. 氨碱法的生产流程
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。
氨碱法生产流程如下图
氨碱法原则工艺流程
氨碱法示意流程
饱和食盐水的精制
Ca(OH)2 氨的回收 NaHCO3
石灰煅烧制CO2
炉 气
氨碱法制纯碱流程
(1) 饱和盐水的制备和精制
Chemical Technology
第11章 纯碱和烧碱
Chapter 11 Soda ＆ Caustic Soda
化学工程与工艺专业
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
2NaCl+ H2SO4=Na2SO4+2HCl NaSO4+2C =Na2S+2CO2
缺点：原料利用低，质量差，成本高，间歇生产
Na2S+CaCO3 = Na2CO3 + CaS
图1 路布兰法生产纯碱流程图
图2 水蒸气还原芒硝制纯碱流程
图3 天然碱加工提纯制纯碱流程
1.2 氨碱法制纯碱
1861年比利时人苏维尔提出 此法。
澄清桶
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。
图 4.7
(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 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
① 氨盐水先与CO2 反应生成氨基甲酸铵
一、 纯碱的性质 ➢纯碱，又叫碳酸钠，俗称“苏打” Na2CO3
➢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 他 吸湿性强，能因吸湿而结成硬快。
二、纯碱的用途
精制的目的：将粗盐中所含杂质如Ca盐和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+
1.1 概述
国内纯碱概况
目前，我国共有50家左右的纯碱厂, 以氨碱 法为主，联碱法和天然碱并存。
2002年国内纯碱的总生产能力达到1030万吨 /年,产量为1018.9万吨
2003年，我国纯碱产量达到1101万吨，首次 超过美国居世界第一位。
2004年国内纯碱总产量1267万吨 2005年将达到1350万-1370万吨
利用的，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。
1.2 氨碱法制纯碱
1.2.1 氨碱法的生产原理
石灰石煅烧 CaCO3 = CaO + CO2 CaO +H2O = Ca(OH) 2
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
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
侯德榜(1890-1974)，字致本，名启荣， 著名化学家，“侯氏制碱法”的创始 人。他为祖国的化学工业事业奋斗 终生，并以独创的制碱工艺闻名于世 界，像一块坚硬的基石，托起了中国 现代化学工业的大厦，被称为“国 宝”。
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1） 芒硝制碱法（图2） 4、天然碱加工提纯制纯碱（图3）