文档介绍：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
纯碱
电解制烧碱和氯
纯碱 Industry of making soda
概述
氨碱法制纯碱
联合制碱法生产纯碱和氯化铵
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,。
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。
氨碱法制纯碱
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:
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-NH4HCO3- NaHCO3-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。
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/-1
Na+ NH4+ Cl- HCO3- Na+ NH4+ Cl- HCO3-
1 5
2 6
3 7
4 8
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。
干盐相图的读法
座标:H4+
aHCO3 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。
CCl-
CHCO3-
CNH4+ CNa+