人教版高中化学人教版选修2教案 1.3《纯碱的生产》.doc

1、1.3 1.3 纯碱的生产纯碱的生产 一、纯碱的性质一、纯碱的性质 纯碱化学名为碳酸钠，分子式 Na2CO3,相对分子质量 106，系白色 单斜体结晶，比重为 2.533；熔点为 840852 。 纯碱易溶与水。在 35.4是溶解度最大，100 克水可以溶解 49.7 克碳酸钠。纯碱易吸潮，在空气中吸收水蒸气和二氧化碳而结块， 生成重碱：Na2CO3+CO2+H2O = 2NaHCO3 纯碱加热至 400时开始分解，生成氧化钠和二氧化碳：Na2CO3 Na2O+CO2 纯碱与酸类反应生成盐，并放出二氧化碳： Na2CO3+H2SO4 = Na2SO4+ CO2+H2O 纯碱与石灰水作用生成氢氧

2、化钠-苛化烧碱的反应： Na2CO3+Ca(OH)2 = 2NaOH+CaCO3 纯碱与盐类起复分解反应-氯化钠精制反应之一： Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3+ Na2SO4 二、制碱工业的发展二、制碱工业的发展 远在几千年前，劳动人民就有使用碱的知识，在没有工业方 法生产碱以前人们所需要的碱都取自天然碱和草木灰。至于应用化学 方法制取纯碱，还只是近两百年的事情。 1、路步兰法 1791 年，法国人路步兰成功地研究出以食盐为原料的制碱法，即 路步兰法，该发首先用硫酸和食盐制取硫酸钠、石灰石和炭，按 100： 100：35.5 的重量比混合,在反射炉或回转炉内煅烧（9501000C

3、） ， 生成熔块（黑灰） ，再经浸取、蒸发、短少等过程而得到纯碱。产品中 含碳酸钠约为 95%左右。 该法的主要化学反应为： H2SO4+2NaCl =Na2SO4+2HCl Na2SO4+ CaCO3+2C 高温 Na2CO3+CaS+2CO2 制取硫酸钠时产生的氯化氢气体，经水吸收制成或用氧化法 制成氯气。浸取“黑灰”后的废渣，经与二氧化碳作用可得到硫化氢； 从硫化氢中可回收硫磺。路步兰法盛行一时。但其放的主要生产过程 系在固相中进行，并且需要高温，生产不能、连续，原料利用不充分， 设备腐蚀严重。因此，人们除了改进路步兰法之外，又在探索新的制 碱方法。 2、氨碱法（索尔维法） 1861 年

4、，比利时人索尔维综合前人的工作并实现了改进， 于 1863 年实现索尔维法制碱， 即氨碱法。 该法以食盐、 石灰石为原料， 借氨的媒介作用，经石灰石煅烧，盐水精制、吸氨、碳酸化，碳酸氢 钠过滤、煅烧，母液蒸馏等工序制得纯碱。氨碱法生产过程主要工序 的基本化学反应如下： (1)石灰乳的制备：CaCO3 高温 CaO+ CO2 CaO+H2O=Ca(OH)2 (2) 盐水 吸氨、碳酸化，生成碳酸氢钠和氯化铵： NaCl+NH3+ CO2+H2O= NaHCO3+NH4Cl (3) 碳酸氢钠（重碱）煅烧制得纯碱；分解出二氧化碳循环使用： 2NaHCO3 Na2 CO3CO2 H2O (4)氯化铵母液

5、加石灰乳蒸馏，回收氨：2 NH4Cl+Ca(OH)2 = 2CaCl2+2NH3+H2O 氨碱法生产纯碱其主要化工过程：以氨和二氧化碳与氯化钠 （食盐）水溶液反应，生成碳酸氢钠和氯化铵，将碳酸氢钠结晶煅烧 制得纯碱；氯化铵母液蒸馏回收氨循环使用。 氨碱法具有原料普遍易得，价格低廉,生产连续，产品纯度高 （含碳酸钠 98.5%以上） ，适合大规模工业生产等优点。但仍然存在两 个缺点：其一，氯化钠的利用率低，氯化钠的转化率在理论上可以达 到 84%， 实际生产中由于氯化钠在氨水中的溶解度和碳酸化反应速率的 限制，工业上一般只能达到 72%76%氯化钠只利用了其中的部分钠离 子，24%28%的钠离子

6、和全部的氯离子被废弃。氯化钠的总利用率不足 30%。其二，废液的处理问题。每生产 1 吨碱约有 10 米 3 左右的废液 排除，难以处理。因此，此法生产纯碱成本太高。 3、联合制碱法（侯氏制碱法）在创新中不断提升 对于氨碱法中所存在的缺点，长期以来国内外科学工作者，不遗 余力地合理的解决办法。一种比较理想的方法是将氨、碱两大工业联 合生产，以氯化钠、合成氨及生产合成氨的副产物二氧化碳为原料， 同时生产纯碱和氯化铵两种产品。称为“联合生产纯碱和氯化铵的方 法”或“联合制碱法”。 1942 年我国化学家侯德榜同志综合了我国实验研究的结果，结合 他多年的实践经验，提出了比较完整的联合制碱流程，科学地

7、把合成 氨工艺与制碱工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵，称“联合制碱 法”，但是，在本帝国主义和国民党反动派的破坏下，这项技术没有 得到发展， 直到解放后才得以大力的推广，于 1964 年经国家技术鉴定后投入 大规模的工业生产。下面重点介绍这种方法： 三、三、 联合制碱工艺优势联合制碱工艺优势 当前国际纯碱市场逐渐形成了美国、中国、欧洲三分天下 的格局。美国天然碱资源得天独厚，生产规模大，技术水平高。欧洲 氨碱法技术成熟，劳动生产率高。而中国联碱法形成自己鲜明的特色。 氨碱法生产纯碱虽然具有原料普遍易得，产品纯度高，适合大规 模工业生产等优点，而联碱法生产纯碱则有更大的优势：一是原料的 利用率

8、高。联碱生产中母液循环使用、氯化钠中的钠离子用来制造碱， 氯化钠用来制造氯化铵。这样盐的利用率可达 93以上。而氨碱法钠 的利用率仅 73，氯利用率为零，整体利用率只有 28左右；另外联 碱法利用合成氨生产排出的二氧化碳制碱，节省了石灰石、焦炭等原 料。二是废物排放少。联碱在生产过程中无大量废液、废渣排出，每 吨只有几千克到几十千克，选择厂址自由度较大；而氨碱法每吨纯碱 约 10 立方米的废液排出，难以处理，不宜在内陆建厂。三是能源消耗 低， 可比单位综合能耗， 联碱法为 71008200MJ， 而氨碱法为 12000 14000MJ。四是成本低，联碱法同时生产纯碱和氯化铵，因此单位成本 较低

9、。 四、联合制碱法原理及流程四、联合制碱法原理及流程 联合制碱法（简称联碱法）与氨碱法之主要不同处在于： 把过滤碳酸氢钠后的母液中的氯化铵分离出来，因此，联碱法的特点 是同时生产纯碱和氯化铵两种产品。 1、 氯化铵的分离 （1）热法（蒸发法） 将过滤母液加热蒸馏脱出游离氨和二氧化碳，再加热蒸发析 出氯化钠，分离氯化钠结晶后的母液经冷却降温析出氯化铵（此为先 析盐后析氨；也可先析氨后析盐） 。 氯化铵水溶液具有较大的腐蚀性，而热法制取氯化铵有是在 高温、高浓度的条件下进行操作，腐蚀性更强，蒸发器材料不易解决。 采用钛和钛铝合金材料价格较高；不透性石墨材料强度较低；环氧酚 醛加石墨灰填料烤漆和搪瓷

10、防腐，也有被破坏现象。因此，如何采用 有效的防腐蚀措施是热法生产的关键。 （2）冷法 将过滤母液降温、加入固体氯化钠 的方法，即本报告所介绍的联 合制碱法。该法分两个过程：第一过程为生产纯碱的过程，简称制碱 过程；第二过程为生产氯化铵的过程，简称制铵过程，两个过程构成 一个循环系统，向循环系统中加入原料（氨、氯化钠、二氧化碳和水） 不断地生产出 纯碱和氯化铵两种产品。制碱过程，与氨碱法相似。将母液 2 吸 氨、碳酸化, 使碳酸氢钠析出,过滤分离,再将碳酸氢钠结晶煅烧制得 纯碱。 其主要化学反应为： NaCl+NH3+ CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl 2 NaHCO3=Na2CO3+C

11、O2+H2O 制氨过程：将母液 1 吸氨、降温并加入氯化钠，使氯化铵单 独析出成为产品。 （加入氯化钠的目的：由于母液 1 内的碳酸氢钠、碳 酸氢铵和氯化铵三种盐是共同饱和的，为防止它们与氯化铵同时析出 须加入氯化钠，以增大重碳酸盐的溶解度、降低氯化铵的溶解度，使 之由母液中单独析出） 。 2、工艺流程简介 原料盐(氯化钠)在洗盐机内用饱和氯化钠溶液(卤水)洗涤, 出去其中大部分钙、镁杂质,在经粉碎机粉碎,立洗桶分级、稠厚,滤盐 机愤怒里，制成符合规定纯度、粒度的洗盐.洗盐送至盐析结晶器;洗 涤液(俗称脏卤水)循环使用,当其中含杂质较高时,则回收处理. 初开工时在盐析结晶器内制备饱和盐水,饱和

12、盐水经吸氨器 吸收氨制成氨盐水.氨盐水(正常生产用氨母液 2)在炭化塔内吸收二氧 化碳,使其中的氯化钠和氨转化成碳酸氢钠和氯化铵,并且使碳酸氢钠 析出成为碳酸氢钠悬浮液, 碳酸氢钠悬浮液经滤碱机分离的出固体碳 酸氢钠(俗称重碱)送到煅烧炉加热分解成碳酸钠,包装即为纯碱产品; 分解出的二氧化碳气经冷凝塔、洗涤塔降温和洗涤,再经压缩机压缩送 入碳化塔制碱. 过滤重碱后的母液(母液1)经吸氨器吸收氨制成母液2,去清 洗外冷器,然后经换热器进行热交换.降温后送入冷析结晶器,通过外 冷器与冰机系统送来的载冷体(卤水)进行热交换,冷却析出部分氯化 铵;清液(半母液 2)有冷析结晶器溢流入盐析结晶器,加入洗盐再析出 部分氯化铵.有冷析结晶器即盐析结晶器内取出氯化铵悬浮液,经稠厚 器稠厚,滤铵机分离,湿氯化铵送到干燥炉干燥，包装即为氯化铵产品； 滤液送回盐析结晶器，盐析结晶器清液（母液 2）送入换热器与氨母液 1 进行交换，再经吸氨器吸收氨制成氨母液 2，氨母液 2 经澄清桶澄清 除去杂质后送入碳化塔制碱。如此连续循环，不断地生产出纯碱和氯 化铵产品。联碱生产过程中产生的淡液（含氨杂水）送入淡液蒸馏塔 回收氨。