【正文】 本章復(fù)習(xí)思考題 1 1. 純堿中的重堿是什么意思？ 2. 氨堿法制純堿的主要原料有哪些？制堿過程的主要反應(yīng)有哪些？主要副產(chǎn)物是什么？ 3. 焙燒石灰石的設(shè)備是什么？其操作工藝條件如何？ 4. 在氨堿法制純堿的氨鹽水碳化步驟中，溶液中有哪些陽離子？有哪些陰離子？可能生成哪些結(jié)晶沉淀？ 5. 從干鹽相圖分析，為什么在 P1點(diǎn) NaHCO3的結(jié)晶析出最多？且 Na利用率最高？如何控制操作點(diǎn)的位置？ 6. 升高溫度對最佳操作點(diǎn) P Na利用率和 NaHCO3結(jié)晶有什么影響？ 7. 在制備飽和鹽水的過程中，其中 Mg、 Ca雜質(zhì)離子用什么方法去除？ 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 本章復(fù)習(xí)思考題 2 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 8. 飽和鹽水吸收氣體氨而氨化，是在什么設(shè)備中進(jìn)行的？氨溶解熱是如何移出的？澄清桶的作用是什么？ 9. 氨鹽水碳化是在什么設(shè)備中進(jìn)行的？ CO2經(jīng)氨鹽水吸收，生成氨基甲酸銨、碳酸氫銨、最終生成碳酸氫納，各步驟的速度、溫度有何特點(diǎn)？ 10. 碳酸化度表示氨鹽水中的氨吸收 CO2被碳酸化的程度，如何理解碳酸化度會大于 100%，最大為 200%？ 11. 煅燒碳酸氫鈉的主要反應(yīng)是什么？煅燒溫度和時間是怎樣的關(guān)系？工業(yè)上通常使用的煅燒溫度在什么范圍(175~ 225℃ )？ 12. 結(jié)晶出碳酸氫鈉的母液中，主要含有哪些成分？ 13. 結(jié)晶母液中，用什么方法回收且循環(huán)利用其中的氨？并得到什么副產(chǎn)物？ 本章復(fù)習(xí)思考題 3 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 14. 蒸氨塔的結(jié)構(gòu)主要分幾個部分，各部分的主要作用是什么？ 15. 聯(lián)合制堿中，從結(jié)晶母液不再蒸出氨，而是用鹽析的方法生成氯化銨。第一效蒸發(fā) NaOH濃度達(dá)到 22~24%；第二效濃度達(dá)到 30~33%；第三效濃度達(dá)到 45~50%。在濃縮過程中，利用 NaOH和 NaCl在水中的互溶度影響而析出 NaCl。m3)，卻含有大量的 NaCl。 生產(chǎn)中一般控制陽極液中 NaCl濃度約為 210g/L。另外，離子膜長期處于 NaOH低濃度下運(yùn)行，還會使膜膨脹、嚴(yán)重起泡、分離直至永久性破壞。 離子交換膜法電解工藝條件分析 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 (4) 陽極液中 NaCl的含量 如下圖所示，當(dāng)陽極液中 NaCl濃度太低時，對提高電流效率、降低堿中含鹽都不利。槽溫也不能太高(92℃ 以上 )，否則產(chǎn)生大量水蒸氣而使槽電壓上升。曲線有一最高點(diǎn)。 離子交換膜法電解工藝條件分析 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 (3) 陰極液中 NaOH的濃度 如右圖所示，當(dāng)陰極液中 NaOH濃度上升時，膜的含水率就降低，膜內(nèi)固定離子濃度上升，膜的交換能力增強(qiáng)，電流效率高。 因此 ， 離子膜法鹽水需要進(jìn)行第二次精制 。 離子交換膜法工藝流程 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 離子交換膜法電解工藝條件分析 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 離子交換膜法是一種先進(jìn)的電解法制燒堿工藝，對工藝條件提出了較嚴(yán)格的要求。因此該法可以在陰極室得到不含 NaCl的 NaOH溶液。離子交換膜 (簡稱 IEM或 IM)是對于溶液中的離子有 選擇性透過 特性的 高分子材料膜 。廠區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁煙火，新管道先要用 N2置換后才能輸送 H2。 陰極氫氣：陰極得到較純的氫氣，除去水后可＞ 99％。若氫氣漏入陽極有爆炸的危險！ H2的量控制為＜ %。 (4) 氣體純度和壓力 陽極氯氣：陽極得到的氯氣不純，還含有 O H H2O(g)，其中水汽較多。 電解過程工藝條件 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 (3) 絕緣性和電能效率 保證絕緣良好可減少電流損失和減少腐蝕，提高電能效率。通常 MDC型電解槽電流密度 i=1000A/m2，槽電壓 E=；電流密度i=2023A/m2，槽電壓 E=。去除鎂離子的方法用 OH而沉淀 Mg(OH)2出來： ?? ??? NasOHMgNaO HMg 2)()(2 22 少量硫酸鹽對電解過程影響大，在這一步也要除去： ?? ??? ClsBaS OBaClSO 2)(4224 精制過程控制條件：堿略過量，有利于除去雜質(zhì)，堿過量 (含量 )對殘余 Ca2+濃度的影響如右圖。 隔膜法電解工藝流程 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 電解工藝流程如下圖，除了電解過程外，堿的凈化和提純工藝與純堿過程大同小異。 電解槽的實(shí)際電壓： 石墨陽極 ~ 金屬陽極 ~ 陽極氧化： 陰極還原： 陰極區(qū)反應(yīng)： )(22 2 gCleCl ??? ???? OHgHeOH 2)(2 22 )( aqNaO HOHNa ?? ??電極副反應(yīng) 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 主要副反應(yīng)有部分 Cl2溶于溶液發(fā)生如下反應(yīng)： H ClH ClOOH ??? 22 OH－ 從陰極遷移到陽極與次氯酸反應(yīng)： OHN aClOH ClON aOH 2??? OHNaC lH ClNaO H 2??? ClO的累積可能在陽極放電并與 OH－ 反應(yīng)： ??? ?? ClClOClO 23 3 eOOHClClOOHClO 1236841212 223 ?????? ???? 同樣，當(dāng)負(fù)離子 ClO－ 遷移到陰極也可能發(fā)生反應(yīng)： OHNaC lHNaC lO 22 ??? 這些副反應(yīng)的結(jié)果不僅消耗產(chǎn)品氯氣和氫氧化鈉，而且還生成次氯酸鹽、氯酸鹽、氧氣等，降低了產(chǎn)品純度。食鹽水進(jìn)入陽極區(qū)，在陽極上析出 Cl2，鈉離子通過隔膜進(jìn)入進(jìn)入陰極區(qū)與OH－ 生成 NaOH，陰極上析出 H2。 電能效率 (η)為生產(chǎn) 1噸 NaOH所消耗的理論電能和實(shí)際電能的百分比，包括 電壓效率 (ηE)和 電流效率 (ηI) 兩部分，其中 ηI主要指 電極副反應(yīng) 消耗的電流，一般為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或估計(jì)。 氫在鐵上的過電位 槽電壓和電能效率 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 槽電壓就是加在電解槽上能進(jìn)行電解操作的實(shí)際電壓： RIEEE ???? 過可逆槽 式中 I、 R為通過電解池溶液、電極、導(dǎo)線、結(jié)點(diǎn)的電流和電阻，即 I 電解槽設(shè)計(jì)中，除電壓外， 電流密度是一個重要指標(biāo)，它的確定與電解質(zhì)溶液的 電導(dǎo)率 有關(guān)。查出標(biāo)準(zhǔn)電極電位后，可由實(shí)際濃度下相應(yīng)活度系數(shù)計(jì)算出常溫下的電動勢。 主要電極反應(yīng) 《 化工工藝學(xué) 》 第 4章 純堿和燒堿 電解反應(yīng)是電池反應(yīng)的逆過程，電解 NaCl水溶液制備氫氧化鈉 (NaOH)是消耗電能的，主要電極反應(yīng)式如下： 失去電子 (氧化，陽極 )的正極反應(yīng)： )(22 2 gCleCl ??? ???? OHgHeOH 2)(2222 得到電子 (還原，陰極 )的負(fù)極反