【文章內(nèi)容簡介】 酸化過程。 煅燒過程還包括返堿。原因是：爐內(nèi)水分含量高時，煅燒時容易結(jié)疤。所以犧牲一些產(chǎn)品堿，將其返回爐中使?jié)駢A量不致太多，以保證分解過程順利進(jìn)行。煅燒設(shè)備有外熱或內(nèi)熱沸騰爐等。蒸汽煅燒爐結(jié)構(gòu)如圖 . ? 為避免入爐處結(jié)疤，近爐頭加熱管區(qū)不帶翅片，蒸汽經(jīng)爐尾空心軸進(jìn)入汽室再分配到加熱管。 ? 蒸汽煅燒爐返堿量、蒸汽耗量與含水量關(guān)系如圖。 返堿量 蒸汽耗量 進(jìn)料含水量 進(jìn)料含水量 圖 (5) 氨的 回收 ? 氨堿法生產(chǎn)純堿時，氨是循環(huán)利用的。因此要將母液中的氨鹽分解以回收氨。此過程稱為蒸氨過程。蒸氨過程的主要反應(yīng)如下： ? NH4HCO3 = NH3(g) + CO2(g) + H2O(g) ? NaHCO3 + NH4Cl = NH3(g) +CO2(g) + H2O(g) + NaCl(s) ? Na2CO3 + 2NH4Cl = 2NH3(g) +CO2(g) + H2O(g) + 2NaCl(s) ? 后兩反應(yīng)很少，不能有效回收結(jié)合氨，還要注入石灰乳產(chǎn)生下列反應(yīng)： ? 2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s) ? 過濾后重堿母液組成如表 ,體系簡化的 NH3－ H2O體系平衡如圖 。 ? 過程的操作條件也應(yīng)用熱力學(xué)原理分析。蒸氨過程的實際分析要用 NH3－ H2O－ CO2三組分相圖來進(jìn)行，在去除結(jié)合氨階段可用書中簡化兩組分體系來分析。此處不再詳述。 ? 蒸氨塔結(jié)構(gòu)如圖 。蒸氨熱源也常用蒸汽，由于蒸氨溫度不高，用低壓蒸汽就行。蒸氨塔底部保持 110117176。C,塔頂約 8085 176。C。蒸出的混合氣經(jīng)冷凝除水后再送去吸氨過程。 圖 ? 實際操作過程中還應(yīng)注意以下兩部位： ? (1)加熱段與石灰乳蒸餾段連接處 ? 因加熱后液體基本無游離氨，平衡氨分壓接近零。而下部來的氣體氨含量高，所以有部分氨反而要溶于液體中，加熱段并不能完全將游離氨除凈。 ? (2)料液入口處 ? 加母液處與逸出的高濃度氨接觸， pNH3 p*NH3 ? 因而有部分蒸出的氨溶于母液。所以要注意加料地點，應(yīng)從塔頂稍下一些部位加入，以使 p*NH3 pNH3 。 (6)制 CO2和石灰乳 ? CO2是由煅燒石灰石得到的 ? CaCO3(s) = CaO(s) +CO2(g) ? 反應(yīng)簡單但工業(yè)過程并不容易。 ? 對過程的熱力學(xué)分析簡單，請同學(xué)們計算一下當(dāng)PCO2保持常壓 ()時 ,反應(yīng)所需溫度為多少？ ? 生產(chǎn)上為了保證反應(yīng)速度，溫度比計算的略高，窯內(nèi)溫度范圍 940~1200176。C。溫度太高，可能結(jié)疤影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，或生成 “過燒石灰 ”也不利。 ? 工業(yè)生產(chǎn)要求燃料充分燃燒使窯氣內(nèi) yCO%, yO2%。根據(jù)碳酸化過程需要的 CO2濃度，可以得出一些生產(chǎn)中要求的配焦量公式，此處不介紹。 石灰乳的制備 ? 煅燒石灰石得到的 CaO先與水反應(yīng)生成氫氧化鈣 ? CaO(s) + H2O = Ca(OH)2(aq) ? 實際生產(chǎn)中氫氧化鈣是過飽和的，是溶液與未溶解固體的混合物，稱為石灰乳。要求石灰乳較稠為好，這樣對蒸氨過程有利。但太稠了粘度大，易堵塞管道。 ? 在水中溶解度很低，且隨溫度升高而降低，其關(guān)系如圖 。 20 40 60 80 100 溫度 /176。C 溶解度 ? 石灰乳密度越大，固體量越多，所以氧化鈣含量越多。石灰乳密度越大，粘度越大。 ? 石灰石煅燒溫度過高所得過燒石灰很不易消化。石灰消化時間與煅燒溫度關(guān)系如圖。 ? 石灰消化操作由化灰機(jī)來完成。因可能有煅燒不完全的石灰，所以化灰機(jī)出口要將未消化的石灰選出返回石灰窯。 800 1000 1200 1400 801 石灰石煅燒溫度/176。C 石灰消化時間/ks 8 7 6 5 4 3 2 1 0 (7)重質(zhì)純堿的制造 ? 外熱式煅燒爐煅燒母液制的純堿密度約 ,蒸汽煅燒爐制得的約 。這些都叫輕質(zhì)純堿，不便于包裝運(yùn)輸，使用中損失也較大。所以生產(chǎn)中要再加工使其成為堆積密度為 ~。 ? 主要方法有 ? 擠壓法：直接加壓到 40~45MPa,壓成片然后再破碎過篩得到重質(zhì)產(chǎn)品。 ? 水合法：先在 150~170176。C下將輕灰送入水混機(jī)，使混合物含水 17~20％，在水混機(jī)內(nèi)發(fā)生發(fā)下反應(yīng) ? Na2CO3(s)+H2O = Na2CO3?H2O(s) ? 再將水混機(jī)出來的一水碳酸鈉加熱煅燒除去水分 ? Na2CO3?H2O(s) = Na2CO3(s)+H2O(g) ? 雖然化學(xué)成分沒有變化，但所得碳酸鈉的堆積密度可達(dá)到 ~，稱重質(zhì)純堿。 ? 結(jié)晶法：根據(jù)含不同結(jié)晶水的堿的結(jié)晶條件，可直接將輕灰和碳酸鈉溶液送入結(jié)晶器，在 105176。C左右使其結(jié)晶。該步結(jié)晶主要生成一水碳酸鈉，然后如上法除去水分，同樣可得重質(zhì)純堿。結(jié)晶法通常用抽部分溶液到外面冷卻后再進(jìn)入結(jié)晶器的辦法來移出反應(yīng)熱，保持體系的溫度恒定。 ? 水合法流程如圖 . 圖 聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿和氯化銨 (略 ) ? 氨堿法宜于大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)合理。但缺點是鈉的利用率只有 72~73%，食鹽中的氯完全沒有利用。總質(zhì)量利用率只有 28~29%。此外，排放廢液多且含大量固體，環(huán)境污染大，氨回收消耗石灰和蒸汽多，流程復(fù)雜設(shè)備龐大。 ? 針對質(zhì)量利用率很差的缺點，開發(fā)了聯(lián)合制堿法，可以充分利用原料，大大減少污染。但需與氨廠聯(lián)合，過程控制不如氨堿法簡單。 ? 聯(lián)合制堿法制堿過程和工序示意圖如圖 。 圖 ? 基本原理不同的是析銨過程，制堿過程與氨堿法完全相同。 ? 析銨過程是用冷析和鹽析，利用不同溫度下氯化鈉和氯化銨的溶解度差異從母液中分出氯化銨的過程。可將體系簡化為氯化鈉、氯化銨和水三元體系來討論。水含量基本不變時可用二元相圖來表示，如圖 。 ? 溫度對過程的影響如圖 。 圖 圖 圖 ? 圖 ? 聯(lián)合制堿典型流程如圖 。 圖 聯(lián)合制堿法流程 燒堿 Manufacture of caustic soda by electrolysis ? 概述 ? 燒堿也是重要的化學(xué)化工原料。 ? 通常用隔膜法、離子交換法制燒堿。水銀法已被淘汰。 ? 隔膜法：石墨或金屬為陽極，鐵為陰極。兩極間用隔膜將溶液分開。 ? 離子交換膜法：實質(zhì)上也