1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 1化工工艺学化工工艺学Chemical engineering technics化学工程与工艺专业化学工程与工艺专业第第 4章章 纯碱和烧碱纯碱和烧碱Soda and caustic soda 4.1 纯碱纯碱 4.2 电解制烧碱和氯电解制烧碱和氯 4.1 纯碱纯碱Industry of making soda 4.1.1 概述概述 4.1.2 氨碱法制纯碱氨碱法制纯碱 4.1.3 联合制碱法生产纯碱和氯化铵联合制碱法生产纯碱和氯化铵4.1.1 概述概述 纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料，纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料，广
2、泛应用于造纸、石油化工、化肥、冶金、玻璃广泛应用于造纸、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、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。学工业发达程度的标志之一。 纯碱又称苏打，分子式纯碱又称苏打，分子式 Na2CO3。主要物理性质密。主要物理性质密度度 2533kg/m-3,熔点熔点 851C， 热热 容容 1.04kJ/kg等等 。 纯碱在轻工、建材和化工中用得最多。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。目前主要生产方法
3、氨碱法和联碱法。 4.1.2 氨碱法氨碱法 制纯碱制纯碱 4.1.2.1 氨碱法的生产原理氨碱法的生产原理 1. 主要化学反应主要化学反应 NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 (s)+ NH4Cl 生成的碳酸氢钠煅烧分解后可得纯碱：生成的碳酸氢钠煅烧分解后可得纯碱： 2NaHCO3 (s) = Na2CO3 (s)+ CO2 + H2O NH3是要循环是要循环 利用的，可由下列反应回收：利用的，可由下列反应回收： NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O 反应需要的反应需要的 CO2主要主要 由煅烧石灰石得到，煅烧碳由煅烧石灰石得到
4、，煅烧碳酸氢钠时也可回收一部分。酸氢钠时也可回收一部分。 2. 氨碱法相图讨论氨碱法相图讨论 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。给定工艺条件下得到所需的产品及质量。 反应体系有反应体系有 5种物质：种物质： NaCl-NH4Cl-NH4HCO3- NaHCO3-
5、H2O, 有一个化学反应平衡常数方程，独有一个化学反应平衡常数方程，独立组分数为立组分数为 4。水是溶剂，所以可以将体系看成是。水是溶剂，所以可以将体系看成是除水外的其它除水外的其它 4组分构成的。也可用组分构成的。也可用 Na+,Cl-,NH4+和和 HCO3-离子浓度表示。离子浓度表示。 相律相律 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：析出时自由度为： F= 4 - 2 +1= 3。应用温度及两个浓。应用温度及两个浓度变量来讨论。度变量来讨论。 相图的组成相图的组成 必须用立体相图表示。工业上通常用四
6、棱锥或四棱柱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。相图表示。 15C平衡数据如表。平衡数据如表。 浓度浓度 /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 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
7、衡状况，但读数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。变化不大，所以经常应用的实际是干盐相图。干盐相图的读法干盐相图的读法 座标：下横座标表示座标：下横座标表示 CNH4Cl CNH4+ 左纵座标表示左纵座标表示 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。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。出各种物质浓度。 CCl-CHCO3-CNH4+ CNa+
