氨碱法生产纯碱的工艺过程讲课文档

氨碱法生产纯碱的工艺过程第1页，共30页。单元三氨盐水的制备与碳酸化第2页，共30页。一、氨盐水制备的原理及工艺条件的优化（一）氨盐水制备的化学反应

NH3(g)+H2O↔NH4OH(aq)△H=-35.2kJ/mol

2NH3(g)+CO2(g)+H2O↔(NH4)2CO3(aq)△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。

第3页，共30页。（二）盐和氨在同一水溶液体系中的相互影响

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。第4页，共30页。（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。

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。第5页，共30页。（四）氨盐水制备的工艺条件优化

1.NH3/NaCl比的选择2.温度的选择3.吸收塔内压力第6页，共30页。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第7页，共30页。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℃第8页，共30页。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。第9页，共30页。二、氨盐水制备工艺流程的组织及操作控制要点第10页，共30页。三、碳酸化过程的原理及工艺条件优化（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。第11页，共30页。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+（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第12页，共30页。（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。第13页，共30页。温度添加晶种（三）影响NaHCO3结晶的因素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。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。第14页，共30页。四、氨盐水碳酸化工艺流程的组织及碳化塔的操作控制要点（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。第15页，共30页。（二）碳化塔的操作控制条件1.碳化塔的结构如右图所示第16页，共30页。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。第17页，共30页。单元四重碱的过滤与煅烧第18页，共30页。一、重碱过滤的原理与工艺条件的优化真空分离优点：能连续操作，生产能力大，适合连续大规模自动化生产缺点：滤出的重碱含水量较高离心分离优点：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，国内厂家较少采用第19页，共30页。二、重碱过滤工艺流程的组织及操作控制要点转鼓式真空过滤机第20页，共30页。三、重碱煅烧的原理与工业条件的优化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：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)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。第21页，共30页。四、重碱煅烧工艺流程的组织及操作控制要点

内热式蒸汽煅烧炉结构第22页，共30页。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。第23页，共30页。单元五氨回收第24页，共30页。一、氨回收的基本原理及工艺条件的优化（一）氨回收的基本原理

加热段反应：NH4OH↔NH3+H2ONH4HCO3↔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+NaClNa2CO3+2NH4Cl↔2NH3+CO2+H2O+2NaCl第25页，共30页。灰乳蒸馏段发生下列反应：2NH4Cl+Ca(OH)2↔2NH3+H2O+CaCl2Ca(OH)2+CO2↔CaCO3+H2O第26页，共30页。（二）氨回收的工艺条件的优化塔底维持在110~170℃塔顶在80~85℃温度塔下部压力与所用蒸汽压力相同或接近塔顶压力为负压压力一般控制在0.028滴度一下废液中的氨含量用于蒸氨的石灰乳，一般含活性CaO浓度为180~220滴度灰乳的用量第