1 tg
• 氨利用率
U NH3
生成NH 4Cl的量 原始NH 4Cl的量
C C NH
4
HCO3
C NH
4
1 tg
• 从图中可看出，操作点在P1点时角 最小，角较小，因此两种利用率都
较高。利用P1点浓度数据可计算出
•
UNa= (6.79-1.44)/6.79=78.8%
•
UNH3=(6.28-0.93)/6.28=85.2%
干盐相图的读法
• 座标：下横座标表示CNH4Cl CNH4+
•
左纵座标表示CNaHCO3 CHCO3-
然后由正离子浓度等于负离子浓度易得其它两种离子浓度。
再由对应水图得出水含量与总盐量之比，然后就可计算
出各种物质浓度。
CClCHCO3-
CNH4+ CNa+
• 原料配比和 产品析出
• 总组成在AC线
•
2NaHCO3 (s) = Na2CO3 (s)+ CO2 + H2O
• NH3是要循环利用的，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。
• 2. 氨碱法相图讨论
• 氨盐水碳酸化反应实质上是液固相反应，原则上 可用液相平衡常数来确定平衡反应量。但由于体 系复杂，液相活度系数计算困难，所以工业上往 往利用实验得到的相图来确定生产条件，保证在 给定工艺条件下得到所需的产品及质量。
• 反应体系有5种物质： NaCl-NH4Cl-NH4HCO3NaHCO3-H2O, 有一个化学反应平衡常数方程，独 立组分数为4。水是溶剂，所以可以将体系看成是 除水外的其它4组分构成的。也可用Na+,Cl-,NH4+ 和HCO3-离子浓度表示。
•
• 相律
•
F=C - + 2
• 定压下，当只有需要的碳酸氢钠析出，没有其它盐类 析出时自由度为： F= 4 - 2 +1= 3。应用温度及两个浓 度变量来讨论。
化工工艺学 Chemical engineering
technics
化学工程与工艺专业
第4章 纯碱和烧碱 Soda and caustic soda
• 4.1 纯碱 • 4.2 电解制烧碱和氯
4.1 纯碱 Industry of making soda
• 4.1.1 概述 • 4.1.2 氨碱法制纯碱 • 4.1.3 联合制碱法生产纯碱和氯化铵
• 纯碱在轻工、建材和化工中用得最多。
• 纯碱工业是在硫酸工业发展以后逐渐发展起来的。 目前主要生产方法氨碱法和联碱法。
• 4.1.2 氨碱法制纯碱
• 4.1.2.1 氨碱法的生产原理
• 1. 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：
• 3 2.19 5.45 7.13 0.51 7 1.25 4.92 5.03 1.12
• 4 1.44 6.28 6.79 0.93 8 1.16 4.14 4.00 1.30
立体相图虽然能全面表示体系平衡状况，但读数 较麻烦，生产上通常使用其投影图即平面相图来 表示。带水的平面相图如下图左部，将水视为定 数时相图如下图右边。由于生产中往往控制水量 变化不大，所以经常应用的实际是干盐相图。
CO2、盐水预处理、吸收制氨盐水、碳酸化、氨的 回收、锻烧制纯碱等系统。
图 4.4
炉 气
图 4.4
(1) 饱和盐水的制备和精制
• 精制的目的是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：
上，只析出
NaHCO3时， 又必须在其饱
和面上。所以
在RS线内。
• R为P饱1，和P线1N。,P11区M
为 出
NaHC 区，2
O区3
析 为
N区H，4HC3O区3析出为
NaCl,NH 出区。
4Cl析
2 1
3
图 4.1
原料利用率
原料利用率
• Na利用率
U Na
生成NaHCO3的量 原始NaCl的量
CCl C Na CCl
• 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+ • Na2CO3 + Ca2+ = CaCO3(s) + 2Na+
图 4.2
• 表4.2
表 4.2
温度的影响 • 温度升高，饱和线P1E向右移动，P1点向右上移动，
钠利用率增大，但氨利用率降低。
在生产条件 下，一般为 了得到碳酸 氢钠，氨盐 水浓度不变， 碳酸化后降 低温度可减 少其溶解度， 相应提高钠 利用率。
图 4.3
4.1.2.2 氨碱法的工业生产
• 1. 氨碱法的生产流程 • 氨碱法生产流程如图4.4。主要分为石灰锻烧制
• 注意到只析出NaHCO3时P1点角最小，P1点钠利
用率最高。若操作点向P2方向移动，钠利用率降 低，氨利用率提高。因为实际生产中氨是循环利
用的，所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量 靠近P1点。
• 氨盐比的影响 • 氨盐比略大于1时，相点落在V点附近，只有少量
碳酸氢铵析出。钠利用率高，氨利用率降低，但后 者可通过循环弥补，所以可取。 • 氨量高，虽可提高钠利用率，但过高会影响 NaHCO3产量。其关系如表4.2和图4.2。
• 相图的组成
• 必须用立体相图表示。工业上通常用四棱锥或四棱柱 相图表示。15°C平衡数据如表。
•
浓度/mol.kg-1
•
Na+ NH4+ Cl- HCO3-
Na+ NH4+ Cl- HCO3-
• 1 4.62 3.73 8.17 0.18 5 1.34 5.65 6.00 0.99
• 2 3.39 4.52 7.65 0.30 6 1.27 5.21 5.41 1.07
Hale Waihona Puke 4.1.1 概述• 纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料， 广泛应用于造纸、石油化工、化肥、冶金、玻璃、 纺织、医药等工业。酸和碱的产量都是衡量化学 工业发达程度的标志之一。
• 纯碱又称苏打，分子式Na2CO3。主要物理性质 密度2533kg/m-3,熔点851°C，热容1.04kJ/kg等。