氨碱法生产纯碱的工艺过程.pptx
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2NaHCO3（s） ↔Na2CO3（s）+CO2(g)+H2O(g) △H=128.5kJ/mol
部分杂质会发生如下反应:
(NH4)2CO3(s) ↔2NH3(g)+CO2(g)+H2O(g) NH4HCO3(s) ↔NH3(g)+CO2(g)+H2O(g) NH4Cl+NaHCO3 ↔NH3+CO2+NaCl(s)+H2O(g)
两者相互影响，即氨溶解在水中的浓度越大，则盐的 溶解度越小。氨是一种在水中溶解度很大的物质，但在 有NaCl存在的盐水中，其溶解度有所降低，表现在氨盐 水表面的平衡分压较纯水上方氨的平衡分压大。
（三）氨盐水制备过程中的热效应
吸氨过程中放出大量的热量，反应放热较多，这些热 量如果不及时移除系统，将导致溶液温度升高而影响 NH3的吸收，严重时会使吸氨的过程停止。
（一）氨回收的基本原理
加热段反应：
NH4OH↔NH3+H2O NH4HCO3 ↔NH3+CO2+H2O （NH4）2CO3(s) ↔2NH3+CO2+H2O
溶解于母液中的NaHCO3和Na2CO3发生如下反应：
NaHCO3+NH4Cl ↔NH3+CO2+H2O+NaCl Na2CO3+2NH4Cl ↔2NH3+CO2+H2O+2NaCl
（三）影响NaHCO3结晶的因素
温度
在碳化塔内进行的碳化反应是放 热反应，使进塔液温度有30℃沿 塔下降的过程逐步升高至 60~65℃。一般液体在塔内的停 留时间为1.5~2h，出塔温度约为 20~28℃。碳化过程的温度控制： 塔内的温度分布应为上、中、下 依次为低、高、低为宜。
添加晶种
过程中溶液达到饱和甚至稍微 过饱和时，并无结晶析出，但 在此时若加入少量固体杂质， 就可以使溶质以固体杂质为核 心，长大而析出晶体。应用此 方法需注意以下两点： 1.加晶种的部位和时间； 2.加入晶种的量要适当。
（2）氨基甲酸铵水解 NH2COOˉ+H2O=HCO3ˉ+NH3
（3）复分解析出碳酸氢钠结晶 HCO3ˉ+Na+=NaHCO3
（二）氨盐水碳化的工艺条件 1.碳化度
式中 TNH3——溶液中总氨的浓度 在适宜的氨盐水组成条件下，R值越大，则NH3转
变成NH4HCO3越完全，NaCl的利用率U（Na）越高。
真空分离 离心分离
优点：能连续操作， 生产能力大，适合 连续大规模自动化
Biblioteka Baidu生产
缺点：滤出的重碱 含水量较高
优点：流程简单， 动力消耗低，滤出 的固体重碱含水量
少
缺点：对重碱的粒 度要求高，生产能 力低，氨耗高，国 内厂家较少采用
转鼓式真 空过滤机
重碱是一种不稳定的化合物，在常温常压下即能自行 分解，随着温度的升高而分解速度加快，化学反应为：
低温有利盐水吸收NH3，也有利于降低氨气夹带的水 蒸气含量，降低对盐水的稀释程度。但温度也不宜太 低，否则会生成（NH4）2CO3 ·H2O、NH4HCO3等 结晶堵塞管道和设备。实际生产中进吸收塔的气温一 般控制在55~60℃
为了防止和减少吸氨系统的泄露，加速蒸氨塔中 CO2和NH3的蒸出，提高蒸NH3效率和塔的生产能力， 减少蒸汽用量，吸氨操作是在微负压条件下进行，其 压力大小以不妨碍盐水下流为限。
因此，吸氨过程中的工艺和设备主要是以冷却方式和 效果为出发点。其冷却效果越好，则氨的吸收越完全， 设备的利用率也越高。
（四）氨盐水制备的工艺条件优化
吸氨不足，导致NaCl分解不完全， 造成NaCl损失
吸氨太多，多余的NH4HCO3随 NaHCO3一同形成结晶而降低氨 的利用率 理论上NH3/NaCl之比应为1:1 （摩尔比） 生产实践中NH3/NaCl的比为 1.08~1.12，即氨过量，补偿碳 化过程的氨损失
重碱煅烧炉出来的尾气称为炉气，其中CO2的浓度可达 到90%以上。重碱经煅烧以后所得的纯碱量与原重碱的 比值称为烧成率。
内热式蒸汽煅烧炉结构
内热式蒸汽煅烧炉操作条件
（1）温度 炉内温度一般应控制在160~190℃， 不得低于150℃ （2）蒸汽 一般蒸汽压力应大于25kg/ c㎡ （2.5MPa）为宜 （3）反碱量 将一部分热成品碱返回与重碱混合， 使其水分将至6%~8%为宜 （4）存灰量 在稳定运行时，炉内所具有的物料 量即为存灰量。存灰量的多少，标志着物料在炉内 的停留时间的长短。
（一）氨盐水制备的化学反应
NH3(g)+H2O↔NH4OH(aq) 2NH3(g)+CO2(g)+H2O ↔(NH4)2CO3(aq)
△H=-35.2kJ/mol △H=-95.2kJ/mol
副反应主要是气体与残余钙镁离子反应生成碳 酸盐和复盐沉淀的反应。
（二）盐和氨在同一水溶液体系中的相互影响
（一）氨盐水碳酸化的基本原理
总化学反应过程：
NaCl+NH3+CO2+H2O↔NaHCO3↓+NH4Cl
碳酸化目的在于获得产率高、质量好的碳酸氢钠 结晶。同时要求结晶颗粒大而均匀，便于分离，以 减少洗涤用水量，从而降低蒸氨负荷和生产成本。
1.氨盐水碳酸化的反应机理
复杂反应体系，分三步进行
（1）氨盐水与CO2反应生成氨基甲酸铵 2NH3+CO2=NH2COOˉ+NH4+
（一）碳酸化工艺流程的组织
大规模生产系统中，常采用“塔组”进行多塔 生产与操作。每组中有一塔作为清洗塔，并将预 碳化液分配给几个制碱塔碳化制碱。塔的编组有 多种形式：二塔组合，三塔组合，四塔组合，最 多的有八塔组合。塔组合数的多少和方法原则上 应注意：清洗他能清垢干净，换塔次数少，碳化 制碱时间长。
（二）碳化塔的操作控制条件
1.碳化塔的结构 如右图所示
2.碳化塔的操作控制要点 （1）碳化塔液面高度应控制在距塔顶0.8~1.5m处。 液面过高，尾气带液严重并导致出气管堵塞;液面过 低，则尾气带出的NH3和CO2量增大，降低了塔的生 产能力。 （2）氨盐水进塔温度约为30~50℃，塔中部温度升 到60℃左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔 底温度在30℃一下，保证结晶析出。 （3）碳化塔进气量与出碱速度要匹配，否则如果出 碱过快而进气量不足时，反应区下移，导致结晶细 小，产量下降。反之，则反应区上移，塔顶NH3及 CO2的损失增大。 （4）碳化塔低出碱温度要适当。 （5）倒塔和运行时间要适宜。
部分杂质会发生如下反应:
(NH4)2CO3(s) ↔2NH3(g)+CO2(g)+H2O(g) NH4HCO3(s) ↔NH3(g)+CO2(g)+H2O(g) NH4Cl+NaHCO3 ↔NH3+CO2+NaCl(s)+H2O(g)
两者相互影响，即氨溶解在水中的浓度越大，则盐的 溶解度越小。氨是一种在水中溶解度很大的物质，但在 有NaCl存在的盐水中，其溶解度有所降低，表现在氨盐 水表面的平衡分压较纯水上方氨的平衡分压大。
（三）氨盐水制备过程中的热效应
吸氨过程中放出大量的热量，反应放热较多，这些热 量如果不及时移除系统，将导致溶液温度升高而影响 NH3的吸收，严重时会使吸氨的过程停止。
（一）氨回收的基本原理
加热段反应：
NH4OH↔NH3+H2O NH4HCO3 ↔NH3+CO2+H2O （NH4）2CO3(s) ↔2NH3+CO2+H2O
溶解于母液中的NaHCO3和Na2CO3发生如下反应：
NaHCO3+NH4Cl ↔NH3+CO2+H2O+NaCl Na2CO3+2NH4Cl ↔2NH3+CO2+H2O+2NaCl
（三）影响NaHCO3结晶的因素
温度
在碳化塔内进行的碳化反应是放 热反应，使进塔液温度有30℃沿 塔下降的过程逐步升高至 60~65℃。一般液体在塔内的停 留时间为1.5~2h，出塔温度约为 20~28℃。碳化过程的温度控制： 塔内的温度分布应为上、中、下 依次为低、高、低为宜。
添加晶种
过程中溶液达到饱和甚至稍微 过饱和时，并无结晶析出，但 在此时若加入少量固体杂质， 就可以使溶质以固体杂质为核 心，长大而析出晶体。应用此 方法需注意以下两点： 1.加晶种的部位和时间； 2.加入晶种的量要适当。
（2）氨基甲酸铵水解 NH2COOˉ+H2O=HCO3ˉ+NH3
（3）复分解析出碳酸氢钠结晶 HCO3ˉ+Na+=NaHCO3
（二）氨盐水碳化的工艺条件 1.碳化度
式中 TNH3——溶液中总氨的浓度 在适宜的氨盐水组成条件下，R值越大，则NH3转
变成NH4HCO3越完全，NaCl的利用率U（Na）越高。
真空分离 离心分离
优点：能连续操作， 生产能力大，适合 连续大规模自动化
Biblioteka Baidu生产
缺点：滤出的重碱 含水量较高
优点：流程简单， 动力消耗低，滤出 的固体重碱含水量
少
缺点：对重碱的粒 度要求高，生产能 力低，氨耗高，国 内厂家较少采用
转鼓式真 空过滤机
重碱是一种不稳定的化合物，在常温常压下即能自行 分解，随着温度的升高而分解速度加快，化学反应为：
低温有利盐水吸收NH3，也有利于降低氨气夹带的水 蒸气含量，降低对盐水的稀释程度。但温度也不宜太 低，否则会生成（NH4）2CO3 ·H2O、NH4HCO3等 结晶堵塞管道和设备。实际生产中进吸收塔的气温一 般控制在55~60℃
为了防止和减少吸氨系统的泄露，加速蒸氨塔中 CO2和NH3的蒸出，提高蒸NH3效率和塔的生产能力， 减少蒸汽用量，吸氨操作是在微负压条件下进行，其 压力大小以不妨碍盐水下流为限。
因此，吸氨过程中的工艺和设备主要是以冷却方式和 效果为出发点。其冷却效果越好，则氨的吸收越完全， 设备的利用率也越高。
（四）氨盐水制备的工艺条件优化
吸氨不足，导致NaCl分解不完全， 造成NaCl损失
吸氨太多，多余的NH4HCO3随 NaHCO3一同形成结晶而降低氨 的利用率 理论上NH3/NaCl之比应为1:1 （摩尔比） 生产实践中NH3/NaCl的比为 1.08~1.12，即氨过量，补偿碳 化过程的氨损失
重碱煅烧炉出来的尾气称为炉气，其中CO2的浓度可达 到90%以上。重碱经煅烧以后所得的纯碱量与原重碱的 比值称为烧成率。
内热式蒸汽煅烧炉结构
内热式蒸汽煅烧炉操作条件
（1）温度 炉内温度一般应控制在160~190℃， 不得低于150℃ （2）蒸汽 一般蒸汽压力应大于25kg/ c㎡ （2.5MPa）为宜 （3）反碱量 将一部分热成品碱返回与重碱混合， 使其水分将至6%~8%为宜 （4）存灰量 在稳定运行时，炉内所具有的物料 量即为存灰量。存灰量的多少，标志着物料在炉内 的停留时间的长短。
（一）氨盐水制备的化学反应
NH3(g)+H2O↔NH4OH(aq) 2NH3(g)+CO2(g)+H2O ↔(NH4)2CO3(aq)
△H=-35.2kJ/mol △H=-95.2kJ/mol
副反应主要是气体与残余钙镁离子反应生成碳 酸盐和复盐沉淀的反应。
（二）盐和氨在同一水溶液体系中的相互影响
（一）氨盐水碳酸化的基本原理
总化学反应过程：
NaCl+NH3+CO2+H2O↔NaHCO3↓+NH4Cl
碳酸化目的在于获得产率高、质量好的碳酸氢钠 结晶。同时要求结晶颗粒大而均匀，便于分离，以 减少洗涤用水量，从而降低蒸氨负荷和生产成本。
1.氨盐水碳酸化的反应机理
复杂反应体系，分三步进行
（1）氨盐水与CO2反应生成氨基甲酸铵 2NH3+CO2=NH2COOˉ+NH4+
（一）碳酸化工艺流程的组织
大规模生产系统中，常采用“塔组”进行多塔 生产与操作。每组中有一塔作为清洗塔，并将预 碳化液分配给几个制碱塔碳化制碱。塔的编组有 多种形式：二塔组合，三塔组合，四塔组合，最 多的有八塔组合。塔组合数的多少和方法原则上 应注意：清洗他能清垢干净，换塔次数少，碳化 制碱时间长。
（二）碳化塔的操作控制条件
1.碳化塔的结构 如右图所示
2.碳化塔的操作控制要点 （1）碳化塔液面高度应控制在距塔顶0.8~1.5m处。 液面过高，尾气带液严重并导致出气管堵塞;液面过 低，则尾气带出的NH3和CO2量增大，降低了塔的生 产能力。 （2）氨盐水进塔温度约为30~50℃，塔中部温度升 到60℃左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔 底温度在30℃一下，保证结晶析出。 （3）碳化塔进气量与出碱速度要匹配，否则如果出 碱过快而进气量不足时，反应区下移，导致结晶细 小，产量下降。反之，则反应区上移，塔顶NH3及 CO2的损失增大。 （4）碳化塔低出碱温度要适当。 （5）倒塔和运行时间要适宜。