实现了连续化生产，食盐利用率得到提高，使纯 碱价格大大降低，并且产品质量纯净，故被称纯
碱。
（二）氨碱法：苏尔维，比利时人， • 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。到上世纪30年代 取代路布兰制碱法、成为生产纯碱 的主要方法。
缺点：但是该法食盐利用率低，只能达到75％，氯离子完全
路布兰法制碱
1787年法国医生N. Lebelanc研发，1791年发明
原料: NaCl、 H2SO4浓、 C、CaCO3
NaCl
+H2SO4浓
Na2SO4
+CaCO3
Na2SO4
+C
Na2S
Na2S
Na2CO3
缺点:此法因难于连续生产，又需浓硫酸作原料，设备腐蚀
严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵，所以在投 产不久后不敌索尔维法的竞争，而被淘汰。虽然如此他的制碱 法在历史上曾盛行一时，是化学工业发展史的一个里程碑。
“候氏制碱法”。
• 纯碱的性质和用途 • Na2CO3，纯碱，苏打，碱灰。易溶于水，在
35.4℃有最大溶解度，温度高于35.4℃时溶解度下
降。工业纯度为99%（以Na2O）。与水生成1
（35.4℃及以上，碳氧），7（32~35.4℃，温度较
窄无工业价值），10（32~-2.1℃，晶碱或者洗涤 碱，易风化生成1水碳酸钠）三种水合物。
三、盐水精制工艺流程的组织及操作控制要点
（一）石灰-氨-二氧化碳法 • 优点：成本低廉，适用于海盐。 • 缺点：氨损失大，流程较复杂。
图石灰-碳酸铵法盐水精制流程 1-化盐桶；2-反应罐；3-一次澄清桶；4-除钙塔；5-二次澄清桶；6-洗泥桶； 7-一次盐泥罐；8-二次盐泥罐；9-废泥罐；10-石灰乳桶；11-加泥罐
• 路布兰法 • 化学反应： 2NaCl+ H2SO4=Na2SO4+2HCl NaSO4+2C =Na2S+2CO2 Na2S+CaCO3 = Na2CO3 + CaS • 缺点：原料利用低，质量差，成本高，间歇 生产。
氨碱法制碱
1861年，比利时人索尔维以食盐、氨、二氧
化碳原料发明的制碱法，即索尔维制碱法。该法
• •
2．添加晶种 当碳化过程中溶液达到饱和甚至稍过饱和时，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。 • 在NaHCO3生产中，就是采用往饱和溶液内加晶种并使之 长大的办法来提高产量和质量的。 • 应用此方法时应注意两点：一是加晶种的部位和时间，
晶种应加在饱和或过饱和溶液中。二是加入晶种的量要
• 从图10-12可以看出，该原始溶液组成点应在P1和B连线与NaCl和
NH4HCO3原始溶液组成线AC的交叉点上，即T点。
图10-12原始溶液适宜组成图
实际生产中，原始氨盐水的组成不可能达到最适宜的浓度，即T点。
（四）影响aHCO3结晶的因素
• NaHCO3在碳化塔中生成并结晶成重碱。结晶的颗粒愈大， 则有利于过滤、洗涤，所得产品含水量低，收率高，煅烧成 品纯碱的质量高。因此，碳酸氢钠结晶在纯碱生产过程中对 产品的质量有决定性的意义。 • 1．温度 • 在开始时(即由塔的顶部往下)液相反应温度逐步升高，中部( 约塔高的2/3处)温度达到最高； • 再往下温度开始降低，但降温速度不易太快，以保持过饱和 度的稳定； • 在塔的下部至接连底部的一段塔高内，降温速度可以稍快一 些，因为此时反应速度已经很慢，其过饱度不大，降低温度 可以提高产率。 • 从保证质量，提高产量的角度出发，塔内的温度分布应为上 中下依次为低高低为宜。

在适当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。 生产上尽量提高R值以达到提高U(Na)的目的，但受多种因素和条件
的限制，实际生产中的碳化度一般只能达到180%～190%。
•
2.原始氨盐水溶液的理论适宜组成
• 理论适宜组成即在一定温度和压力条件下，塔内达到固液平衡时，液相 的组成点落在P1点时的原始溶液组成，此时钠的利用率最高。
• 常用吸氨塔为多段铸铁单泡罩塔，氨从吸氨塔中部引入，
引入处反应剧烈，如不及时移走热量，可使系统温度升高
95°C。所以部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使塔中部温度为60°C，底
部为30°C。
• 澄清桶的目的是除去少量钙镁盐沉淀，达到杂质含量少于 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。
适当。
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
• 碳酸化的典型工艺流程见图10-13。
氨化卤泵；2-清洗气压缩机；3-中段气压缩机；4-下段气压缩机；5-分离器；6a，6b-碳酸化塔 7-中段气冷却塔；8-下段气冷却塔；9-气升输卤器；10-尾气分离器；11-碱液槽
• 分类：超轻质，轻质，重质纯碱。
• 化学性质：强碱性，高温分解，易生成氧化 钠。 • 用途：纯碱是重要的化工原料。其年产量在 一定程度上反映一个国家化学工业的发展水 平。自2003年起，我国纯碱工业在世界上稳 居第一
纯 碱 发 现 史
古代，人们从草木灰中提取碳酸钾，后来
又从盐碱地和盐湖等天然资源中获取碳酸钠， 但量太小。
• (二)碳化塔的操作控制条件
• 1．碳化塔的结构
• 气体进塔可分为一段和二段。 • 一段进气是将窑气和炉气混合后进 塔。其CO2浓度一般在60%左右。 • 为了适应生产过程和反应历程的需 要，后来改为两段进气，即从塔底 送入浓度90%以上的CO2锅气，从 塔的冷却段中部送入浓度40%左右 CO2的窑气。
没有得到利用； 生产1t纯碱约有10m3废液排出，污染环境， 不宜在内陆建厂．
联合制碱法
1921年10月侯德榜在美国获得博士学位，为
了创建中国的制碱工业，受爱国实业家范旭东聘
请，毅然从美国启程回国，决心自己开发制碱新
工艺，经过600多次研究实验，分析了2000多个
样品，历时5年，于1942年发明了氨碱法与合成氨
联合生产的改进工艺，被命名为“联合制碱法”
也叫“侯氏制碱法”，开创了世界制碱工业的新
纪元。
第一章 氨碱法制纯碱
• 生产过程： • 石灰石煅烧； • 盐水制备；
• 氨盐水制备及碳酸化；
• 重碱的分离及煅烧；
• 氨回收。
第一节
石灰石煅烧及石灰乳制备
• 一、石灰石煅烧的基本原理
• 作用：产物二氧化碳用于氨盐水碳化； 生石灰消化后回收氨。 • （一）反应的化学平衡与理论分解温度的确定 • 1.煅烧反应
• (2)氨基甲酸铵的水解
• NH2COO－ + H2O =HCO3－ +NH3
• (3) NaHCO3结晶生成
• HCO3－ + Na + = NaHCO3
(二)氨盐水碳化过程相图分析
• 吸收二氧化碳并使之饱和的氨盐水溶液及其形成NaHCO3 沉淀的过程所组成的系统是一个复杂的多相变化系统。 • 该系统由NH4Cl、NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、 (NH4)2CO3等盐的溶液及结晶所组成。 • 这一系统在碳化塔底部固液接近相平衡，因此可以采用固 液体系相图的分析来判断原料的利用率。
（二）工艺条件优化
• 石灰乳较稠，对生产有利，但其粘度随稠厚程度升 高而增加。太稠则沉降和阻塞管道及设备。 • 一般工业上制取和使用的石灰乳中含活性氧化钙约 160～220tt（滴度，1tt=0.05mol/L），相对密度约 为1.17～1.27。
四、石灰乳制备工艺流程的组织及运行
石灰消化系统的工艺流程见图。
二、盐水精制的原理及工艺条件优化
盐水杂质： 粗盐水含钙镁离子，杂质形成沉淀或复盐。 杂质危害： • 堵塞管道和设备；
• 氨和食盐的损失；
• 影响产品质量。 精制盐水的方法：石灰-碳酸铵法和石灰-纯碱法。
• 1.石灰-碳酸铵法 • 用石灰除去盐中的镁(Mg2+)，反应如下： Mg2+ + Ca(OH)2(s) → Mg(OH)2(s) + Ca2+ • 将分离出沉淀的溶液送入除钙塔中，用碳化塔顶部尾气中的 NH3和CO2再除去Ca2+，其化学反应为： • 2NH3 + CO2 + H2O +Ca2+ →CaCO3(s) + 2NH4+ • 2.石灰-纯碱法 • 除镁的方法与石灰-碳酸铵法相同，除钙则采用纯碱法，其 反应如下： • Na2CO3 + Ca2+ → CaCO3(s) + 2Na+
二、石灰窑的工艺控制指标及操作控制要点
• 石灰窑的形式很多，目前采用最多的是连续操作的竖窑。
• 石灰窑(竖窑)的结构如图。 • 石灰石和固体燃料由窑顶 装入，在窑内自上而下运动， 经过预热、锻烧和冷却三个区。
• 三、石灰乳制备的原理及工艺条件优化 • （一）石灰乳制备的原理
• 1.消化反应 CaO(s) +H2O = Ca(OH) 2(s) 放热，体积膨胀的反应。 • 2.四种产品（根据加入水的量） • 消石灰，细粉末； • 石灰膏，稠厚； • 石灰乳，悬浮液，氨回收需要； • 石灰水，溶液。
• CaCO3 (s) = CaO(s)+ CO2 (l)
• 温度和平衡压力一个确定，另一个随之而定。
• 2.理论分解温度
• CO2分压为0.1MPa时的最低分解温度；
• 理论上为1180℃ 。
• （二）窑气中CO2浓度的计算
• CO2的来源 ： ①碳酸钙和少量碳酸镁分解
② 煤炭燃烧。
• 配焦率F:100kg石灰石所配燃料煤质量，百分数。