C9純堿和燒堿05b化工工藝CAI教學課件

1、純堿和燒堿,本章內(nèi)容目錄純堿和燒堿,第一部分 純堿 1 純堿的性質(zhì) 2 純堿的用途 3 生產(chǎn)方法 4 氨堿法制純堿 5 聯(lián)堿法制純堿 6 氨堿法和聯(lián)合 法的比較,第二部分 燒堿 1 燒堿的性質(zhì) 2 燒堿的用途 3 生產(chǎn)方法 4 生產(chǎn)原理 5離子交換膜法制 純堿,國內(nèi)純堿生產(chǎn)概況 純堿，又叫碳酸鈉，俗稱“蘇打” 相對分子量（或原子量） 105.99 1、密 度 2.532kg/dm3 2、熔 點 851 3、性 狀 白色粉末或細粒 4、溶解情況 易溶于水，水溶液呈堿性。不溶于乙醇、乙醚。 5、其 他 吸濕性強，能因吸濕而結成硬快。,1 純堿的性質(zhì),第一節(jié) 純堿,2 純堿的用途 純堿是一種大噸位化

2、工原料，用途極其廣泛 制造玻璃 制肥皂 硬水變軟水 石油和油類的堿精制 冶煉工業(yè)上的應用 化學工業(yè)上的應用 洗滌、印染、漂白及其他,3 生產(chǎn)方法 1、氨堿法生產(chǎn)純堿 2、聯(lián)堿堿法生產(chǎn)純堿（侯氏法） 3、路布蘭法 芒硝制堿法 4、天然堿加工提純制純堿,（圖）,（圖）,（圖）,4 氨堿法 一、化學原理： 石灰石煅燒 CaCO3 = CaO + CO2 CaO +H2O = Ca(OH) 2 碳酸化 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 煅燒和氨的回收 2NaHCO3=NaCO3+CO2+H2O Ca(OH)2 +NH4Cl = CaCl2 +H

3、2O,二、氨堿法的生產(chǎn)過程： （1）CO2 氣和石灰乳的制備。煅燒石灰石制得石灰和二氧化碳，石灰消化而得石灰乳。 （2）鹽水的制備、精制及氨化，制得氨鹽水。 （3）氨鹽水的碳酸化制重堿。來自石灰石煅燒及重堿煅燒的CO2，經(jīng)壓縮、冷卻送至碳化塔。 （4）重堿的過濾及洗滌（即碳化所得晶漿的液固分離）。 （5）重堿煅燒制得純堿成品及CO2。 （6）母液中氨的蒸餾回收。,三、流程示意圖,四、主要設備 碳化塔是氨堿法制純堿的主要設備之一。它是由許多鑄鐵塔圈組裝而成，結構上大致可分上、下兩部分：上部為二氧化碳吸收段，下部有一些冷卻水箱，用以冷卻碳化液以析出晶體。（圖見右）,4 聯(lián)合制堿法 以食鹽、氨及合成

4、氨工業(yè)副產(chǎn)的二氧化碳為原料，同時生產(chǎn)純堿及氯化銨，即所謂聯(lián)合法生產(chǎn)純堿及氯化銨，簡稱“聯(lián)堿法” 聯(lián)堿法前一部分與氨堿法一樣，最后把氯化銨晶體分離出來，作為一種氮肥產(chǎn)品，把所余的食鹽返回碳化塔，供制碳酸氫鈉。,聯(lián)合制堿原理示意圖,聯(lián)合制堿流程簡圖,聯(lián)合制堿流程詳圖,5 氨堿法和聯(lián)堿法的比較 1。氨堿法的優(yōu)點：原料易于取得且價廉，生產(chǎn)過程中的氨可循環(huán)利用，損失較少；能夠大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，易于機械化，自動化；可得到較高質(zhì)量的純堿產(chǎn)品。 2。氨堿法缺點：是原料利用率低，造成大量廢液廢渣排出，嚴重污染環(huán)境；碳化后母液中含有大量的氯化銨，需加入石灰乳使之分解，然后蒸餾以回收氨，這樣就必須設置蒸氨塔并消耗大量

5、的蒸汽和石灰，從而造成流程長，設備龐大和能量上的 浪費。 3。聯(lián)合制堿法與氨堿法比較有下列優(yōu)點：原料利用率高；不需石灰石及焦碳，降低了很多成本；純堿部分不需要蒸氨塔、石灰窖、化灰機等笨重設備，縮短了流程，建長投資花費減少；無大量廢液、廢渣排出，可在內(nèi)地建廠。,第二節(jié) 燒堿 1 燒堿的性質(zhì) 國內(nèi)燒堿生產(chǎn)概況 燒堿，又叫氫氧化鈉；火堿；苛性鈉 NaOH 相對分子量（或原子量） 40.01 1、密度 2.130 kg /dm3 2、熔點 318.4 3、沸點 1390 4、性狀無色透明晶體 5、溶解情況易溶于水，同時強烈放熱。溶于乙醇和甘油 6、其他 固堿吸濕性很強，露置在空氣中，最后會完全溶解成溶

6、液。,2 燒堿的用途 燒堿的用途很大,尤其是化學藥品的制造上,其次是造紙、煉鋁、人造絲和人造棉、肥皂制造業(yè)。再其次在生產(chǎn)染料、塑料、藥劑及有機中間體，舊橡膠的再生，制金屬鈉，水的電解以及無機鹽生產(chǎn)中制取硼砂、鉻鹽、錳酸鹽、磷酸鹽等，也要使用大量的燒堿。,美國及日本的燒堿用途,美國,日本,化學藥品 4045% 紙及紙漿 1214% 氧化鋁 58% 纖維加工 36% 粘膠纖維、人造 絲、玻璃紙 45% 肥皂、洗滌劑 34% 石油工業(yè) 35% 出口 810% 其他 1015%,化學工業(yè) 57% 紙及紙漿 10% 煉鋁 6% 化學纖維 7% 玻璃紙 2% 紡織印染 1% 調(diào)味品 2% 石油精制 1%

7、出口 6% 其他 8%,3 生產(chǎn)方法,1、19世紀末，世界上一直是用苛化法生產(chǎn)燒堿。 2、從1890年開始采用電解法制燒堿，隔膜法和水銀法差不多同時發(fā)明。 3、20世紀50年代電解制堿技術進一步發(fā)展，出現(xiàn)了離子交換膜法。1966年美國杜邦公司開發(fā)了化學穩(wěn)定性較好的離子交換膜，1975年日本旭化成公司開始工業(yè)化生產(chǎn)。目前，全世界已有90多家氯堿廠應用離子膜的工藝技術，日產(chǎn)量已達萬噸以上。,（圖1）,（圖2）,（圖）,4 電解食鹽水生產(chǎn)燒堿和 水銀法的原理 電解食鹽水生產(chǎn)燒堿的原理 NaCl = NaCl H2O=HOH 通入直流電后，離子們被迫按一定的方向游動，陽離子在陰極獲得電子變成原子，或進

8、而結合成為分子；陰離子在陽極給出電子，同樣變成原子，并結合成分子。這些分子如屬氣體，則從電解槽中逸出。 水銀法原理 2NaCl2Hg=Cl22Na(Hg) 2Na(Hg)2H2O=2NaOHH22Hg,（圖）,電解槽 完成電解過程的主要設備是電解槽。 總的來說分為兩類：一類是用處理過的石墨做陽極，鐵絲網(wǎng)做陰極，陰極和鹽水之間用石棉等多孔物質(zhì)作為隔膜分開，這種裝置叫隔膜電解槽；另一類也用石墨做陽極，用分布在槽底的水銀做陰極，叫水銀電解槽或汞電解槽。,國外，氯堿工業(yè)應用的隔膜電解槽有單極和復極兩種類型。單極的如美國虎克公司設計的電解槽；復極電解槽，如美國和意大利共同研究的格拉諾爾型電解槽。,格拉諾

9、爾型電解槽,最常用的水銀電解槽是水平式的，一層水銀平臥在槽底上。為了使鈉汞齊中的鈉含量不超過允許限度，水銀應不斷流到解汞室去，因此槽底需略微傾斜，輸送時并須用特制的水銀泵。,水平式水銀電解槽,5 離子交換膜法 離子交換膜法與傳統(tǒng)的隔膜法、水銀法相比，具有能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高、占地面積小、生產(chǎn)能力大及能適應電流晝夜變化波動大等優(yōu)點。此外，它還徹底根治了石棉、水銀對環(huán)境的污染。因此，被公認為是氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。 一、原理 電解槽的陰極室和陽極室用陽離子交換膜隔開，精制鹽水進入陽極室，純水加入陰極室。通電時H2O 在陰極表面放電生成氫氣，Na 離子通過離子膜由陽極室遷移到陰極室與OH 結合成NaOH

10、；Cl 離子則在陽極表面放電生成氯氣。經(jīng)電解后的淡鹽水隨氯氣一起離開陽極室。,如圖,二、離子交換膜的性能 高化學穩(wěn)定性 優(yōu)良的電化學性能 穩(wěn)定的操作性能 較高的機械強度 使用方便性 三、離子交換膜的種類 全氟羧酸膜（RfCOOH） 全氟磺酸膜（RfSO3H ） 全氟磺酸/羧酸復合膜（ RfSO3H / RfCOOH）,離子交換膜示意圖,四、離子膜電解槽 離子膜電解槽與單級式和復級式兩種型式。不管哪種槽型，每臺電解槽都是由若干個電解單元組成。每個電解單元都有陽極、陰極和離子交換膜。陽極由鈦材制成，并涂有多種活性涂層；陰極有用軟鋼制成的，也有用鎳材或不銹鋼制成的。陰極上有的有活性涂層，也有的無涂層

11、。 復極槽和單極槽之間的主要區(qū)別：在于電槽的電路連線方法不同。單極槽內(nèi)部的各個單元槽是并聯(lián)的，而各個電解槽之間的電路是串聯(lián)的。復極槽則相反，在槽內(nèi)各個單元槽之間是串聯(lián)，而電解槽之間是并聯(lián)。,（圖）,五、離子膜電解制堿工藝流程圖 鹽水的二次精制 精制鹽水的電解工藝 淡鹽水的脫氯 六、影響電解槽技術經(jīng)濟指標的因素 鹽水質(zhì)量 陰極液中NaOH的濃度 陽極液中NaCl的濃度 陽極液的pH值 溫度 停止供水或供鹽水的影響,（圖）,（圖）,（圖）,純堿和燒堿,本章內(nèi)容全部完畢,路布蘭法生產(chǎn)純堿流程圖,天然堿加工提純制純堿流程,水蒸氣還原芒硝制純堿流程,氨堿法示意流程,純堿氯化氨聯(lián)合生產(chǎn)流程圖(侯氏法),聯(lián)

12、合制堿示意圖,聯(lián)堿生產(chǎn)總流程圖,隔膜法制燒堿工藝流程示意圖 1、鹽水高位槽；2、鹽水氫氣熱交換器；3、洗氫桶；4、鹽水預熱器；5、氣液分離器；6、羅茨鼓風機；7、電解槽；8、電解液貯槽；9、堿泵,離子膜電解制堿原理,Na+,單極型電解槽,復極型電解槽,鹽水過濾工藝流程圖 1、澄清鹽水槽；2、澄清鹽水泵；3、助劑給料泵；4、助劑結料泵；5、炭素過濾器；6、預涂泵；7、預涂槽；8、過濾鹽水槽；9、過濾鹽水泵,淡鹽水脫氯工藝流程圖 1、脫氯塔；2、回收氯冷卻器；3，5、氣液分離器；4、真空泵；6、氯水泵；7、氯水冷卻器；8、脫氯淡鹽水槽；9、脫氯淡鹽水泵,離子膜電解工藝流程圖 1、淡鹽水泵；2、淡鹽

13、水貯槽；3、分解槽；4、氯氣洗滌塔；5、水霧分離器；6、氯氣鼓風機；7、堿冷卻器；8、堿泵；9、堿液受槽；10、離子膜電解槽；11、鹽水預熱器；12、堿泵；13、堿液貯槽,純堿石灰苛化法制燒堿流程圖（一）,純堿石灰苛化法制燒堿流程圖（二）,離子在電解槽中 的游動情況,電解食鹽溶液的示意圖,國內(nèi)純堿概況,目前，我國共有50家左右的純堿廠, 以氨堿法為主，聯(lián)堿法和天然堿并存。 2002年國內(nèi)純堿的總生產(chǎn)能力達到1030萬噸/年,產(chǎn)量為1018.9萬噸 2003年，我國純堿產(chǎn)量達到1101萬噸，首次超過美國居世界第一位。 2004年國內(nèi)純堿總產(chǎn)量1267萬噸 2005年將達到1350萬1370萬噸,國內(nèi)燒堿概況,2003年我國有一百多家氯堿生產(chǎn)企業(yè)，燒堿總生產(chǎn)能力