化工工艺学-第三章-无机酸、碱及化学肥料剖析.ppt

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1、聊城大学2013级化工工艺学化工工艺学化工工艺学化工工艺学讲义在无机化学工业中，除了氨和无机盐等无机化工产品在无机化学工业中，除了氨和无机盐等无机化工产品在无机化学工业中，除了氨和无机盐等无机化工产品在无机化学工业中，除了氨和无机盐等无机化工产品外，还涉及无机酸、碱及无机化学肥料的生产与加工。外，还涉及无机酸、碱及无机化学肥料的生产与加工。外，还涉及无机酸、碱及无机化学肥料的生产与加工。外，还涉及无机酸、碱及无机化学肥料的生产与加工。v无机酸无机酸无机酸无机酸又称为矿酸，是无机化合物的酸类的总称，主又称为矿酸，是无机化合物的酸类的总称，主又称为矿酸，是无机化合物的酸类的总称，主又称为矿酸，是无

2、机化合物的酸类的总称，主要包括要包括要包括要包括硫酸硫酸硫酸硫酸、硝酸硝酸硝酸硝酸和和和和盐酸盐酸盐酸盐酸。v无机碱无机碱无机碱无机碱主要包括主要包括主要包括主要包括碳酸钠碳酸钠碳酸钠碳酸钠、氢氧化钠氢氧化钠氢氧化钠氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸、碳酸氢钠、硅酸、碳酸氢钠、硅酸、碳酸氢钠、硅酸钠及硫化钠等。钠及硫化钠等。钠及硫化钠等。钠及硫化钠等。v无机肥料无机肥料无机肥料无机肥料也称矿物肥料，主要有也称矿物肥料，主要有也称矿物肥料，主要有也称矿物肥料，主要有尿素尿素尿素尿素、硝酸铵、硫酸、硝酸铵、硫酸、硝酸铵、硫酸、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵、氯化铵、氯化铵、氯化铵、碳酸氢铵、普通过磷酸钙、磷矿粉、硫

3、铵、碳酸氢铵、普通过磷酸钙、磷矿粉、硫铵、碳酸氢铵、普通过磷酸钙、磷矿粉、硫铵、碳酸氢铵、普通过磷酸钙、磷矿粉、硫酸钾、氯化钾等。酸钾、氯化钾等。酸钾、氯化钾等。酸钾、氯化钾等。章章章章节节节节主主主主要要要要内内内内容容容容硫酸与硝酸硫酸与硝酸硫酸与硝酸硫酸与硝酸1 1纯碱与烧碱纯碱与烧碱纯碱与烧碱纯碱与烧碱2 23 3化学肥料化学肥料化学肥料化学肥料一、硫酸一、硫酸一、硫酸一、硫酸-三氧化硫和水物质的量等于三氧化硫和水物质的量等于三氧化硫和水物质的量等于三氧化硫和水物质的量等于1 1的化合物的化合物的化合物的化合物vv硫酸的物理性质硫酸的物理性质硫酸的物理性质硫酸的物理性质硫酸与水的二组分

4、体系最高恒沸点组成为硫酸与水的二组分体系最高恒沸点组成为硫酸与水的二组分体系最高恒沸点组成为硫酸与水的二组分体系最高恒沸点组成为98.3%98.3%。硫酸浓度可大于。硫酸浓度可大于。硫酸浓度可大于。硫酸浓度可大于100100，称为发烟硫酸，其中含溶解在，称为发烟硫酸，其中含溶解在，称为发烟硫酸，其中含溶解在，称为发烟硫酸，其中含溶解在100100硫酸中的游离硫酸中的游离硫酸中的游离硫酸中的游离SOSO3 3。vv工业上硫酸品种工业上硫酸品种工业上硫酸品种工业上硫酸品种稀硫酸：稀硫酸：稀硫酸：稀硫酸：75-78%75-78%；浓硫酸：；浓硫酸：；浓硫酸：；浓硫酸：93%93%和和和和98%98%

5、；发烟硫酸：游离；发烟硫酸：游离；发烟硫酸：游离；发烟硫酸：游离SOSO3 3为为为为20%20%和和和和65%65%。vv硫酸的化学性质硫酸的化学性质硫酸的化学性质硫酸的化学性质1 1、与金属及金属氧化物反应、与金属及金属氧化物反应、与金属及金属氧化物反应、与金属及金属氧化物反应2 2、与有机物发生磺化反应、与有机物发生磺化反应、与有机物发生磺化反应、与有机物发生磺化反应3 3、有吸水能力，工业上常用作干燥剂和浓缩剂、有吸水能力，工业上常用作干燥剂和浓缩剂、有吸水能力，工业上常用作干燥剂和浓缩剂、有吸水能力，工业上常用作干燥剂和浓缩剂4 4、用作有机反应的催化剂，如烷基化反应等、用作有机反应

6、的催化剂，如烷基化反应等、用作有机反应的催化剂，如烷基化反应等、用作有机反应的催化剂，如烷基化反应等 铅室法：铅室法：铅室法：铅室法：利用高级氮氧化物（主要是三氧化利用高级氮氧化物（主要是三氧化二氮）使二氧化硫氧化并生成硫酸：二氮）使二氧化硫氧化并生成硫酸：SO2+N2O3+H2OH2SO4+2NO铅室法制硫酸流程图铅室法制硫酸流程图铅室法制硫酸流程图铅室法制硫酸流程图接触法：接触法：接触法：接触法：ppSOSO2 2的制备的制备的制备的制备硫磺硫磺硫磺硫磺 S+OS+O2 2SOSO2 2硫铁矿硫铁矿硫铁矿硫铁矿 4FeS4FeS2 2+11O+11O2 22Fe2Fe2 2OO3 3+8S

7、O+8SO2 2ppSOSO2 2氧化制氧化制氧化制氧化制SOSO3 3 2SO2SO2 2 +O +O2 2 2SO 2SO3 3ppSOSO3 3的吸收的吸收的吸收的吸收 nSO nSO3 3(g)+H(g)+H2 2O(l)O(l)H H2 2SOSO4 4(l)+(n-1)SO(l)+(n-1)SO3 3(l)(l)硫硫硫硫酸酸酸酸的的的的工工工工业业业业生生生生产产产产方方方方法法法法沸沸沸沸 腾腾腾腾 炉炉炉炉接接接接 触触触触 室室室室吸吸吸吸 收收收收 塔塔塔塔净净化化冷冷 却却 空气空气尾气尾气尾气尾气接触法制硫酸示意图接触法制硫酸示意图1 1、SOSO2 2的转化的转化的转

8、化的转化n n化学方程式：化学方程式：化学方程式：化学方程式：SOSO2 2(g)+0.5O(g)+0.5O2 2(g)=SO(g)=SO3 3(g)+Q(g)+Q特点：特点：特点：特点：可逆、放热、体积缩小可逆、放热、体积缩小可逆、放热、体积缩小可逆、放热、体积缩小1 1）热力学分析）热力学分析）热力学分析）热力学分析 在温度区间在温度区间在温度区间在温度区间400700400700，反应热、平衡常反应热、平衡常反应热、平衡常反应热、平衡常数与温度的简化经验公式：数与温度的简化经验公式：数与温度的简化经验公式：数与温度的简化经验公式：n nSOSO2 2平衡转化率平衡转化率平衡转化率平衡转化

9、率x xe e的计算式为：的计算式为：的计算式为：的计算式为：a,ba,b分别为分别为分别为分别为SOSO2 2和和和和OO2 2的初始体积分数的初始体积分数的初始体积分数的初始体积分数总之，总之，总之，总之，降低降低降低降低T T，增加增加增加增加P P，提高提高提高提高OO2 2初始浓度初始浓度初始浓度初始浓度，均利于提高，均利于提高，均利于提高，均利于提高SOSO2 2的平的平的平的平衡转化率衡转化率衡转化率衡转化率x xe e 。v催化剂催化剂催化剂催化剂 (钒催化剂钒催化剂钒催化剂钒催化剂)活性成份：活性成份：活性成份：活性成份：V V2 2OO5 5 (68.6%)(68.6%)助

10、催化剂：碱金属硫酸盐助催化剂：碱金属硫酸盐助催化剂：碱金属硫酸盐助催化剂：碱金属硫酸盐 载体：载体：载体：载体：硅胶或硅藻土硅胶或硅藻土硅胶或硅藻土硅胶或硅藻土 毒物：毒物：毒物：毒物：砷氧化物、硒氧化物、氟化物、矿尘、水蒸气砷氧化物、硒氧化物、氟化物、矿尘、水蒸气砷氧化物、硒氧化物、氟化物、矿尘、水蒸气砷氧化物、硒氧化物、氟化物、矿尘、水蒸气 催化剂活性温度范围催化剂活性温度范围催化剂活性温度范围催化剂活性温度范围：400-600400-6002 2）动力学分析）动力学分析）动力学分析）动力学分析 n n【结论结论结论结论】催化剂颗粒小、反应温度较低、转化率高时，催化剂颗粒小、反应温度较低、

11、转化率高时，催化剂颗粒小、反应温度较低、转化率高时，催化剂颗粒小、反应温度较低、转化率高时，催化剂内表面利用率高。催化剂内表面利用率高。催化剂内表面利用率高。催化剂内表面利用率高。2 2、SOSO3 3吸收成酸吸收成酸吸收成酸吸收成酸在吸收系统中，可用在吸收系统中，可用在吸收系统中，可用在吸收系统中，可用发烟硫酸或浓硫酸发烟硫酸或浓硫酸发烟硫酸或浓硫酸发烟硫酸或浓硫酸吸收三氧化硫。吸收三氧化硫。吸收三氧化硫。吸收三氧化硫。nSOnSO3 3(g)+H(g)+H2 2O(l)=HO(l)=H2 2SOSO4 4(l)+(n-1)SO(l)+(n-1)SO3 3(l)(l)气膜扩散控制的气液反应吸

12、收过程气膜扩散控制的气液反应吸收过程气膜扩散控制的气液反应吸收过程气膜扩散控制的气液反应吸收过程影响浓硫酸吸收过程吸收速率的因素主要有：影响浓硫酸吸收过程吸收速率的因素主要有：影响浓硫酸吸收过程吸收速率的因素主要有：影响浓硫酸吸收过程吸收速率的因素主要有：吸收剂中吸收剂中吸收剂中吸收剂中硫酸含量硫酸含量硫酸含量硫酸含量、吸收酸的温度吸收酸的温度吸收酸的温度吸收酸的温度、气体温度气体温度气体温度气体温度、喷淋酸量喷淋酸量喷淋酸量喷淋酸量、气速及气速及气速及气速及设备结构设备结构设备结构设备结构。vv98.3%98.3%的浓硫酸的浓硫酸的浓硫酸的浓硫酸是常压是常压是常压是常压下下下下HH2 2O-

13、HO-H2 2SOSO4 4体系中的体系中的体系中的体系中的最高恒沸物，其水汽分最高恒沸物，其水汽分最高恒沸物，其水汽分最高恒沸物，其水汽分压比浓度低的硫酸低，压比浓度低的硫酸低，压比浓度低的硫酸低，压比浓度低的硫酸低，SOSO3 3和硫酸分压比浓度和硫酸分压比浓度和硫酸分压比浓度和硫酸分压比浓度高的硫酸低。高的硫酸低。高的硫酸低。高的硫酸低。硫酸含量、温度对吸收率的影响硫酸含量、温度对吸收率的影响硫酸含量、温度对吸收率的影响硫酸含量、温度对吸收率的影响6060CC80C80C90C90C100C100C120C120C吸吸吸吸收收收收率率率率%10010099.599.5999998.598

14、.59898硫酸硫酸硫酸硫酸/%(/%(质量分数质量分数质量分数质量分数)959598.398.31001001 1）硫酸含量）硫酸含量）硫酸含量）硫酸含量vv研究表明，吸收剂中硫酸含量为研究表明，吸收剂中硫酸含量为研究表明，吸收剂中硫酸含量为研究表明，吸收剂中硫酸含量为98.3%98.3%时，三氧化硫的吸时，三氧化硫的吸时，三氧化硫的吸时，三氧化硫的吸收率最大，浓度过高或过低都会使吸收率降低。收率最大，浓度过高或过低都会使吸收率降低。收率最大，浓度过高或过低都会使吸收率降低。收率最大，浓度过高或过低都会使吸收率降低。2 2）吸收酸的温度）吸收酸的温度）吸收酸的温度）吸收酸的温度从吸收角度来看

15、，吸收温度越低，从吸收角度来看，吸收温度越低，从吸收角度来看，吸收温度越低，从吸收角度来看，吸收温度越低，SOSO3 3的吸收率越高。但的吸收率越高。但的吸收率越高。但的吸收率越高。但并非酸并非酸并非酸并非酸的温度越低越好，主要受两个因素制约：的温度越低越好，主要受两个因素制约：的温度越低越好，主要受两个因素制约：的温度越低越好，主要受两个因素制约：vv其一，由于进塔气体中一般均含有一定水分，如果炉气温度或酸其一，由于进塔气体中一般均含有一定水分，如果炉气温度或酸其一，由于进塔气体中一般均含有一定水分，如果炉气温度或酸其一，由于进塔气体中一般均含有一定水分，如果炉气温度或酸温过低，温过低，温过

16、低，温过低，吸收过程中会出现局部温度低于硫酸蒸气的露点温度，吸收过程中会出现局部温度低于硫酸蒸气的露点温度，吸收过程中会出现局部温度低于硫酸蒸气的露点温度，吸收过程中会出现局部温度低于硫酸蒸气的露点温度，产生酸雾产生酸雾产生酸雾产生酸雾，使吸收率下降，同时会造成烟害和腐蚀设备；，使吸收率下降，同时会造成烟害和腐蚀设备；，使吸收率下降，同时会造成烟害和腐蚀设备；，使吸收率下降，同时会造成烟害和腐蚀设备；vv其二，由于气体温度较高及吸收反应放热，为保持较低酸温度需其二，由于气体温度较高及吸收反应放热，为保持较低酸温度需其二，由于气体温度较高及吸收反应放热，为保持较低酸温度需其二，由于气体温度较高及

17、吸收反应放热，为保持较低酸温度需大量冷却水冷却，同时也使设备大量冷却水冷却，同时也使设备大量冷却水冷却，同时也使设备大量冷却水冷却，同时也使设备投资增加，致使成本升高投资增加，致使成本升高投资增加，致使成本升高投资增加，致使成本升高。硫酸生产中，进塔酸温控制在硫酸生产中，进塔酸温控制在硫酸生产中，进塔酸温控制在硫酸生产中，进塔酸温控制在5060 5060，吸收出塔酸温在，吸收出塔酸温在，吸收出塔酸温在，吸收出塔酸温在7080 7080。原料加工原料加工原料加工原料加工焙烧焙烧焙烧焙烧净化与干燥净化与干燥净化与干燥净化与干燥转化转化转化转化吸收吸收吸收吸收“三废三废三废三废”处理处理处理处理3

18、3）接触法制硫酸的工艺流程）接触法制硫酸的工艺流程）接触法制硫酸的工艺流程）接触法制硫酸的工艺流程接触法制硫酸接触法制硫酸接触法制硫酸接触法制硫酸(酸洗酸洗酸洗酸洗)工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程二、硝酸二、硝酸二、硝酸二、硝酸纯硝酸（纯硝酸（纯硝酸（纯硝酸（100100HNOHNO3 3）为无色液体，可使动物窒息，有刺激）为无色液体，可使动物窒息，有刺激）为无色液体，可使动物窒息，有刺激）为无色液体，可使动物窒息，有刺激性气味，常温下能分解：性气味，常温下能分解：性气味，常温下能分解：性气味，常温下能分解：4HNO4HNO3 3 4NO 4NO2 2+O+O2 2+H+H2 2OO释放出的

19、释放出的释放出的释放出的NONO2 2溶于硝酸而呈黄色。溶于硝酸而呈黄色。溶于硝酸而呈黄色。溶于硝酸而呈黄色。工业生产中获得的稀硝酸浓度在工业生产中获得的稀硝酸浓度在工业生产中获得的稀硝酸浓度在工业生产中获得的稀硝酸浓度在5070%5070%，浓硝酸浓度在，浓硝酸浓度在，浓硝酸浓度在，浓硝酸浓度在95100%95100%。氮氮氮氮 肥肥肥肥炸炸炸炸 药药药药硝酸甘油硝酸甘油硝酸甘油硝酸甘油染染染染 料料料料硝化纤维塑料硝化纤维塑料硝化纤维塑料硝化纤维塑料硝酸盐硝酸盐硝酸盐硝酸盐烟花烟花烟花烟花现代化工厂现代化工厂现代化工厂现代化工厂硝硝硝硝酸酸酸酸的的的的用用用用途途途途v1、氨催化氧化、氨催

20、化氧化氨催化氧化氨催化氧化NO的氧化的氧化 氮氧化物的吸收氮氧化物的吸收不希望发生的反应不希望发生的反应希望发生的反应希望发生的反应4NH3+5O2=4NO+6H2O【催化剂催化剂】v一类是：一类是：金属铂为主体的金属铂为主体的铂系铂系催化剂（选择性催化剂能抑制催化剂（选择性催化剂能抑制不希望的反应）（广泛使用）；不希望的反应）（广泛使用）；v另一类是：另一类是：非铂非铂催化剂（铁系及钴系催化剂与铂联合使用，催化剂（铁系及钴系催化剂与铂联合使用，氧化率低待进一步研究）氧化率低待进一步研究）4NH3+4O2=2N2O+6H2O 4NH3+3O2 =2N2+6H2O vv2 2、NONO的氧化的氧

21、化的氧化的氧化 2NO 2NO+O+O2 2 2NO2NO2 2 （慢（慢（慢（慢）NO NO+NO+NO2 2 N N2 2OO3 3 极极极极少量少量少量少量 2NO 2NO2 2 N N2 2OO4 4（在低温下迭合（在低温下迭合（在低温下迭合（在低温下迭合）温温温温度度度度低低低低于于于于200200，压压压压力力力力为为为为0.8MPa0.8MPa时时时时，NONO氧氧氧氧化化化化反反反反应应应应可可可可视视视视为为为为不可逆反应，不可逆反应，不可逆反应，不可逆反应，NONO几乎可几乎可几乎可几乎可100%100%氧化为氧化为氧化为氧化为NONO2 2。【热力学、动力学分析热力学、动

22、力学分析热力学、动力学分析热力学、动力学分析】低温、加压有利低温、加压有利低温、加压有利低温、加压有利亚硝酸不稳定，在工业生产条件下会迅速分解：亚硝酸不稳定，在工业生产条件下会迅速分解：亚硝酸不稳定，在工业生产条件下会迅速分解：亚硝酸不稳定，在工业生产条件下会迅速分解：3HNO3HNO2 2 HNOHNO3 32NO2NOHH2 2O O 总反应式：总反应式：总反应式：总反应式：3NO3NO2 2HH2 2O O 2HNO2HNO3 3NONOvv3 3、氮氧化物吸收成酸、氮氧化物吸收成酸、氮氧化物吸收成酸、氮氧化物吸收成酸2NO2NO2 2+H+H2 2O O HNOHNO3 3+HNO+H

23、NO2 2 N N2 2OO4 4+H+H2 2O O HNOHNO3 3+HNO+HNO2 2 N N2 2OO3 3+H+H2 2O O 2HNO2HNO2 2 （N N2 2OO3 3 极少）极少）极少）极少）可见，被水吸收可见，被水吸收可见，被水吸收可见，被水吸收NONO2 2的总数中只有的总数中只有的总数中只有的总数中只有2/32/3生成硝酸，还有生成硝酸，还有生成硝酸，还有生成硝酸，还有1/31/3又变成又变成又变成又变成NO NO。要。要。要。要使使使使1 1 摩尔摩尔摩尔摩尔NONO完全转化为完全转化为完全转化为完全转化为HNOHNO3 3，氧气的量应有：，氧气的量应有：，氧气

24、的量应有：，氧气的量应有：1 11/31/3(1/3)(1/3)2 2(l/3)(l/3)3 31.5 mol1.5 mol。氮氧化物的吸收反应是一个放热、体积减小的可逆反应，氮氧化物的吸收反应是一个放热、体积减小的可逆反应，氮氧化物的吸收反应是一个放热、体积减小的可逆反应，氮氧化物的吸收反应是一个放热、体积减小的可逆反应，降低吸收温度降低吸收温度降低吸收温度降低吸收温度和增加压力对平衡向右移动有利和增加压力对平衡向右移动有利和增加压力对平衡向右移动有利和增加压力对平衡向右移动有利。研究表明，用硝酸水溶液吸收氮氧化物气。研究表明，用硝酸水溶液吸收氮氧化物气。研究表明，用硝酸水溶液吸收氮氧化物气

25、。研究表明，用硝酸水溶液吸收氮氧化物气体，成品酸中体，成品酸中体，成品酸中体，成品酸中HNOHNO3 3含量是受到限制的，一般常压法不超过含量是受到限制的，一般常压法不超过含量是受到限制的，一般常压法不超过含量是受到限制的，一般常压法不超过50%50%，加压法最高，加压法最高，加压法最高，加压法最高可达可达可达可达70%70%。vv4 4、稀、稀、稀、稀硝酸生产的工艺流程硝酸生产的工艺流程硝酸生产的工艺流程硝酸生产的工艺流程稀稀稀稀硝酸生产分为硝酸生产分为硝酸生产分为硝酸生产分为常压法、加压法常压法、加压法常压法、加压法常压法、加压法及及及及综合法综合法综合法综合法三种流程。三种流程。三种流程

26、。三种流程。综综综综合合合合法法法法具具具具有有有有明明明明显显显显的的的的优优优优势势势势。其其其其特特特特点点点点是是是是常常常常压压压压氧氧氧氧化化化化、加加加加压压压压吸吸吸吸收收收收，氨转化率氨转化率氨转化率氨转化率95%95%，产品酸浓度，产品酸浓度，产品酸浓度，产品酸浓度47534753%，吸收效率高达，吸收效率高达，吸收效率高达，吸收效率高达98%98%。综合法硝酸生产流程图综合法硝酸生产流程图综合法硝酸生产流程图综合法硝酸生产流程图氧化炉：氧化炉：氧化炉：氧化炉：1.16MPa1.16MPa；921921；NHNH3 3+O+O2 2NONO；氧化器氧化器氧化器氧化器NO+O

27、NO+O2 2NONO2 2/N/N2 2OO4 4吸收塔吸收塔吸收塔吸收塔NONO2 2+H H2 2OOHNOHNO3 3+NO+NO 碱液吸收：开封化肥厂、鄂西化工厂、太原化肥厂、柳州化碱液吸收：开封化肥厂、鄂西化工厂、太原化肥厂、柳州化碱液吸收：开封化肥厂、鄂西化工厂、太原化肥厂、柳州化碱液吸收：开封化肥厂、鄂西化工厂、太原化肥厂、柳州化 肥厂，副产亚硝酸钠和硝酸钠。肥厂，副产亚硝酸钠和硝酸钠。肥厂，副产亚硝酸钠和硝酸钠。肥厂，副产亚硝酸钠和硝酸钠。吸附法吸附法吸附法吸附法(变压吸附变压吸附变压吸附变压吸附)：活性炭、分子筛、硅胶；：活性炭、分子筛、硅胶；：活性炭、分子筛、硅胶；：活性

28、炭、分子筛、硅胶；【催化还原法催化还原法催化还原法催化还原法】以以以以烃类为还原剂烃类为还原剂烃类为还原剂烃类为还原剂进行催化还原反应来降低系统尾气中进行催化还原反应来降低系统尾气中进行催化还原反应来降低系统尾气中进行催化还原反应来降低系统尾气中NONOx x含量。含量。含量。含量。CHCH4 44NO=2N4NO=2N2 2COCO2 22H2H2 2O O 【选择性催化还原法选择性催化还原法选择性催化还原法选择性催化还原法 (Selective Catalytic Reduction，SCR)】以以以以氨为还原剂氨为还原剂氨为还原剂氨为还原剂，使，使，使，使NONOx x还原为氮气：还原为

29、氮气：还原为氮气：还原为氮气：4NO4NO4NH4NH3 3OO2 2=4N=4N2 26H6H2 2O O 6NO6NO4NH4NH3 3=5N=5N2 26H6H2 2O O 6NO6NO2 28NH8NH3 3=7N=7N2 212H12H2 2OOvv5 5、尾气的治理、尾气的治理、尾气的治理、尾气的治理一、纯碱一、纯碱一、纯碱一、纯碱NaNa2 2COCO3 3（苏打（苏打（苏打（苏打/碱灰）碱灰）碱灰）碱灰）n n分类：分类：分类：分类：轻质轻质轻质轻质(light)(light)、中重质、中重质、中重质、中重质(medium)(medium)、重质、重质、重质、重质(dense)

30、(dense)。n n化学性质：化学性质：化学性质：化学性质：强碱性，高温分解，易生成氧化钠。强碱性，高温分解，易生成氧化钠。强碱性，高温分解，易生成氧化钠。强碱性，高温分解，易生成氧化钠。n n生产历史：生产历史：生产历史：生产历史：天然碱，草木灰天然碱，草木灰天然碱，草木灰天然碱，草木灰 17911791年路布兰法年路布兰法年路布兰法年路布兰法18611861年氨碱法（索尔维法）年氨碱法（索尔维法）年氨碱法（索尔维法）年氨碱法（索尔维法）19431943联合制碱法（侯德榜）联合制碱法（侯德榜）联合制碱法（侯德榜）联合制碱法（侯德榜）纯纯纯纯碱碱碱碱的的的的用用用用途途途途路路路路布布布布兰

31、兰兰兰制制制制碱碱碱碱法法法法路布兰制碱法（芒硝、石灰石、煤）路布兰制碱法（芒硝、石灰石、煤）路布兰制碱法（芒硝、石灰石、煤）路布兰制碱法（芒硝、石灰石、煤）2NaCl+2H2NaCl+2H2 2SOSO4 4=Na=Na2 2SOSO4 4+2HCl+2HClNaNa2 2SOSO4 4+4C=Na+4C=Na2 2S+4CO NaS+4CO Na2 2S+CaCOS+CaCO3 3=Na=Na2 2COCO3 3+CaS+CaSn n路布兰制碱缺点：难以连续生产，又需硫酸作原料，设备路布兰制碱缺点：难以连续生产，又需硫酸作原料，设备路布兰制碱缺点：难以连续生产，又需硫酸作原料，设备路布兰制

32、碱缺点：难以连续生产，又需硫酸作原料，设备腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵索索索索尔尔尔尔维维维维法法法法的的的的生生生生产产产产原原原原理理理理索尔维法（氨碱法：食盐、石灰石、氨）索尔维法（氨碱法：食盐、石灰石、氨）索尔维法（氨碱法：食盐、石灰石、氨）索尔维法（氨碱法：食盐、石灰石、氨）CaCOCaCO3 3煅烧煅烧煅烧煅烧 碳酸氢钠碳酸氢钠碳酸氢钠碳酸氢钠(NaHCO(NaHCO3 3)煅烧煅烧煅烧煅烧 CaO CaO水合生成水合生

33、成水合生成水合生成Ca(OH)Ca(OH)2 2 氨盐水的碳酸化氨盐水的碳酸化氨盐水的碳酸化氨盐水的碳酸化-NaHCO-NaHCO3 3沉淀的析出沉淀的析出沉淀的析出沉淀的析出 蒸氨蒸氨蒸氨蒸氨氨碱法的流程图氨碱法的流程图氨碱法的流程图氨碱法的流程图饱和盐水的制备和精制饱和盐水的制备和精制 盐水吸收氨制氨盐水盐水吸收氨制氨盐水氨盐水碳酸化制重碱氨盐水碳酸化制重碱 重碱过滤和洗涤重碱过滤和洗涤重碱煅烧制纯碱重碱煅烧制纯碱 氨的蒸馏回收氨的蒸馏回收石灰石煅烧制生石灰和二氧化碳石灰石煅烧制生石灰和二氧化碳 生石灰消化制石灰乳生石灰消化制石灰乳索索索索尔尔尔尔维维维维法法法法的的的的工工工工艺艺艺艺流

34、流流流程程程程饱和盐水的制备和精制饱和盐水的制备和精制饱和盐水的制备和精制饱和盐水的制备和精制HowHow？精制盐水的方法：？精制盐水的方法：？精制盐水的方法：？精制盐水的方法：石灰石灰石灰石灰-碳酸铵法和石灰碳酸铵法和石灰碳酸铵法和石灰碳酸铵法和石灰-纯碱法。纯碱法。纯碱法。纯碱法。先加入先加入石灰乳石灰乳使溶液中的使溶液中的Mg2+被替换为被替换为Ca2+：经过滤除经过滤除去去Mg2+，进一步除，进一步除Ca2+可用上述两法。可用上述两法。WhyWhy？粗盐中含有杂质？粗盐中含有杂质？粗盐中含有杂质？粗盐中含有杂质(Ca(Ca2+2+、MgMg2+2+等等等等)，在在吸收氨吸收氨和和碳碳酸

35、化酸化过程中，可能生成过程中，可能生成氢氧化镁氢氧化镁和和碳酸钙碳酸钙沉淀，或堵塞沉淀，或堵塞管道，或影响产品质量。管道，或影响产品质量。氨盐水碳酸化制重碱氨盐水碳酸化制重碱氨盐水碳酸化制重碱氨盐水碳酸化制重碱 n n氨盐水自上而下流动，吸收氨盐水自上而下流动，吸收氨盐水自上而下流动，吸收氨盐水自上而下流动，吸收COCO2 2。n nCOCO2 2两段进气，即从塔底送入浓度两段进气，即从塔底送入浓度两段进气，即从塔底送入浓度两段进气，即从塔底送入浓度90%90%以上的以上的以上的以上的COCO2 2锅气，从塔的冷却段锅气，从塔的冷却段锅气，从塔的冷却段锅气，从塔的冷却段中部送入浓度中部送入浓度

36、中部送入浓度中部送入浓度40%40%左右左右左右左右COCO2 2的窑气。的窑气。的窑气。的窑气。碳化塔碳化塔碳化塔碳化塔n n碳化塔碳化塔碳化塔碳化塔分为吸收段和冷却段。分为吸收段和冷却段。分为吸收段和冷却段。分为吸收段和冷却段。吸收段吸收段吸收段吸收段冷却段冷却段冷却段冷却段重碱过滤和洗涤重碱过滤和洗涤重碱过滤和洗涤重碱过滤和洗涤碳酸化塔底的母液仅碳酸化塔底的母液仅碳酸化塔底的母液仅碳酸化塔底的母液仅含含含含4550%4550%的晶浆，煅烧的晶浆，煅烧的晶浆，煅烧的晶浆，煅烧分离前需要过滤。常用真分离前需要过滤。常用真分离前需要过滤。常用真分离前需要过滤。常用真空过滤机来完成它。空过滤机来

37、完成它。空过滤机来完成它。空过滤机来完成它。过滤顺序依次为吸入、过滤顺序依次为吸入、过滤顺序依次为吸入、过滤顺序依次为吸入、吸干、洗涤、挤压、再吸吸干、洗涤、挤压、再吸吸干、洗涤、挤压、再吸吸干、洗涤、挤压、再吸干、刮卸、吹气等。干、刮卸、吹气等。干、刮卸、吹气等。干、刮卸、吹气等。真空过滤机真空过滤机真空过滤机真空过滤机石灰石石灰石石灰石石灰石煅烧煅烧煅烧煅烧-石灰窑石灰窑石灰窑石灰窑n n石灰窑的形式很多，目前采石灰窑的形式很多，目前采石灰窑的形式很多，目前采石灰窑的形式很多，目前采用最多的是连续操作的竖窑。用最多的是连续操作的竖窑。用最多的是连续操作的竖窑。用最多的是连续操作的竖窑。n

38、n石灰石和固体燃料由石灰石和固体燃料由石灰石和固体燃料由石灰石和固体燃料由窑顶装窑顶装窑顶装窑顶装入入入入，自上而下运动，自上而下运动，自上而下运动，自上而下运动，经过预经过预经过预经过预热热热热、锻烧和冷却三个区、锻烧和冷却三个区、锻烧和冷却三个区、锻烧和冷却三个区。vv石灰窑的工艺控制指标主要有生产石灰窑的工艺控制指标主要有生产石灰窑的工艺控制指标主要有生产石灰窑的工艺控制指标主要有生产能力、生产强度、碳酸钙分解率、热能力、生产强度、碳酸钙分解率、热能力、生产强度、碳酸钙分解率、热能力、生产强度、碳酸钙分解率、热效率。效率。效率。效率。vv控制要点：分解压力取微正压；石控制要点：分解压力取

39、微正压；石控制要点：分解压力取微正压；石控制要点：分解压力取微正压；石灰石块的大小均匀；燃料配比和均匀；灰石块的大小均匀；燃料配比和均匀；灰石块的大小均匀；燃料配比和均匀；灰石块的大小均匀；燃料配比和均匀；炉温恒定炉温恒定炉温恒定炉温恒定石灰窑石灰窑石灰窑石灰窑LL原料原料原料原料食盐的利用率只有食盐的利用率只有食盐的利用率只有食盐的利用率只有72727474，其余的食盐，其余的食盐，其余的食盐，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为都随着氯化钙溶液作为都随着氯化钙溶液作为都随着氯化钙溶液作为废液被废液被废液被废液被抛弃抛弃抛弃抛弃LL生产了生产了生产了生产了大量用途不大的大量用途不大的大量用途不大的

40、大量用途不大的CaClCaCl2 2缺点缺点缺点缺点优点优点优点优点JJ原料（食盐和石灰石）原料（食盐和石灰石）原料（食盐和石灰石）原料（食盐和石灰石）便宜便宜便宜便宜；JJ产品产品产品产品纯碱的纯度高纯碱的纯度高纯碱的纯度高纯碱的纯度高；JJ副产品副产品副产品副产品氨和二氧化碳都氨和二氧化碳都氨和二氧化碳都氨和二氧化碳都可以回收循环使用可以回收循环使用可以回收循环使用可以回收循环使用；JJ制造制造制造制造步骤简单，适合于步骤简单，适合于步骤简单，适合于步骤简单，适合于大规模生产大规模生产大规模生产大规模生产。索尔维制碱法索尔维制碱法索尔维制碱法索尔维制碱法索索索索尔尔尔尔维维维维法法法法的的

41、的的优优优优缺缺缺缺点点点点侯氏制碱法（联合制碱法）侯氏制碱法（联合制碱法）侯氏制碱法（联合制碱法）侯氏制碱法（联合制碱法）将氨碱法和合成氨两种工艺联合起来，同将氨碱法和合成氨两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。1 1、合成氨工厂的反应：、合成氨工厂的反应：、合成氨工厂的反应：、合成氨工厂的反应：n nN N2 2的制取：的制取：的制取：的制取：空气液化空气液化空气液化空气液化n nHH2 2、COCO2 2的制取：的制取：的制取：的制取：C+HC+H2 2O(g)HO(g)H2 2+CO+CO、CO+HCO+H2 2O(g)HO(g)H2

42、2+CO+CO2 2n n NHNH3 3的合成的合成的合成的合成：N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 32 2、向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳、向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳、向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳、向已经氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳n n NHNH3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2+NaClNH+NaClNH4 4Cl+NaHCOCl+NaHCO3 3（析出）（析出）（析出）（析出）3 3、加热碳酸氢钠，得到碳酸钠、加热碳酸氢钠，得到碳酸钠、加热碳酸氢钠，得到碳酸钠、加热碳酸氢钠，得到碳酸钠n n 2NaHCO 2NaHCO3 3NaNa2

43、 2COCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2 侯氏制碱法的流程图侯氏制碱法的流程图侯氏制碱法的流程图侯氏制碱法的流程图该工艺的优点：该工艺的优点：该工艺的优点：该工艺的优点：1 1、提高了、提高了、提高了、提高了NaClNaCl利用率利用率利用率利用率(96%)(96%)2 2、产生了有用的化工原料和肥料、产生了有用的化工原料和肥料、产生了有用的化工原料和肥料、产生了有用的化工原料和肥料NHNH4 4ClCl二、烧碱二、烧碱二、烧碱二、烧碱NaOHNaOH（苛性钠、火碱）（苛性钠、火碱）（苛性钠、火碱）（苛性钠、火碱）生产方法：生产方法：生产方法：生产方法：苛化法苛化法苛化法苛化法

44、NaNa2 2COCO3 3+Ca(OH)+Ca(OH)2 22NaOH+CaCO2NaOH+CaCO3 3 电解法电解法电解法电解法水银法水银法水银法水银法隔膜法隔膜法隔膜法隔膜法离子交换膜法离子交换膜法离子交换膜法离子交换膜法电解饱和食盐水反应装置电解饱和食盐水反应装置电解饱和食盐水反应装置电解饱和食盐水反应装置阳极材料：石墨或金属涂层阳极材料：石墨或金属涂层阳极材料：石墨或金属涂层阳极材料：石墨或金属涂层阴极材料：铁或水银阴极材料：铁或水银阴极材料：铁或水银阴极材料：铁或水银用汞阴极时，阴极形成钠汞齐用汞阴极时，阴极形成钠汞齐用汞阴极时，阴极形成钠汞齐用汞阴极时，阴极形成钠汞齐(NaHg

45、(NaHgn n)，而不析出氢气。，而不析出氢气。，而不析出氢气。，而不析出氢气。总反应为：总反应为：总反应为：总反应为：在铁阴极表面上，由于在铁阴极表面上，由于在铁阴极表面上，由于在铁阴极表面上，由于HH+放电放电放电放电电位比电位比电位比电位比NaNa+的放电电位低，的放电电位低，的放电电位低，的放电电位低，HH+首先放电生成氢气。首先放电生成氢气。首先放电生成氢气。首先放电生成氢气。2 2HH+2+2e e HH2 2(g g)隔膜法：隔膜法：隔膜法：隔膜法：石墨或金属为阳极，铁为阴极。两极间用隔膜将溶液分开。石墨或金属为阳极，铁为阴极。两极间用隔膜将溶液分开。石墨或金属为阳极，铁为阴极

46、。两极间用隔膜将溶液分开。石墨或金属为阳极，铁为阴极。两极间用隔膜将溶液分开。水银法：水银法：水银法：水银法：通过生产钠汞齐来使氯气分开的。通过生产钠汞齐来使氯气分开的。通过生产钠汞齐来使氯气分开的。通过生产钠汞齐来使氯气分开的。离子交换膜法：离子交换膜法：离子交换膜法：离子交换膜法：实质上也是一种隔膜法。用有选择性的离子交换膜实质上也是一种隔膜法。用有选择性的离子交换膜实质上也是一种隔膜法。用有选择性的离子交换膜实质上也是一种隔膜法。用有选择性的离子交换膜来分隔阳极和阴极。这种离子交换膜是一种半透膜，只允许钠离子来分隔阳极和阴极。这种离子交换膜是一种半透膜，只允许钠离子来分隔阳极和阴极。这种

47、离子交换膜是一种半透膜，只允许钠离子来分隔阳极和阴极。这种离子交换膜是一种半透膜，只允许钠离子和水通过。和水通过。和水通过。和水通过。离子交换膜离子交换膜离子交换膜离子交换膜法与隔膜法、水银法相比，法与隔膜法、水银法相比，法与隔膜法、水银法相比，法与隔膜法、水银法相比，离子膜法具有能耗低、产品离子膜法具有能耗低、产品离子膜法具有能耗低、产品离子膜法具有能耗低、产品质量高、装置占地面积小、生产能力大及能适应电流波动大、还可质量高、装置占地面积小、生产能力大及能适应电流波动大、还可质量高、装置占地面积小、生产能力大及能适应电流波动大、还可质量高、装置占地面积小、生产能力大及能适应电流波动大、还可根

48、除石棉、水银对环境的污染等优点。因此，被公认为氯碱的发展根除石棉、水银对环境的污染等优点。因此，被公认为氯碱的发展根除石棉、水银对环境的污染等优点。因此，被公认为氯碱的发展根除石棉、水银对环境的污染等优点。因此，被公认为氯碱的发展方向方向方向方向。离子交换膜法电解离子交换膜法电解离子交换膜法电解离子交换膜法电解电解原理电解原理电解原理电解原理离子交换膜离子交换膜离子交换膜离子交换膜(简称简称简称简称IEMIEM或或或或IM)IM)是对是对是对是对于溶液中的离子有于溶液中的离子有于溶液中的离子有于溶液中的离子有选择性透过特选择性透过特选择性透过特选择性透过特性性性性的的的的高分子材料膜高分子材料

49、膜高分子材料膜高分子材料膜。氯碱电解槽选用氯碱电解槽选用氯碱电解槽选用氯碱电解槽选用阳离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜，它允许它允许它允许它允许NaNa+通过，而排斥通过，而排斥通过，而排斥通过，而排斥ClCl-通过。通过。通过。通过。因此该法可以在阴极室得到不含因此该法可以在阴极室得到不含因此该法可以在阴极室得到不含因此该法可以在阴极室得到不含NaClNaCl的的的的NaOHNaOH溶液。溶液。溶液。溶液。离子交换膜的作用离子交换膜的作用离子交换膜的作用离子交换膜的作用防止氯气和氢气混合而引起爆炸防止氯气和氢气混合而引起爆炸防止氯气和氢气混合而引起爆炸防止氯气和氢气混合而引起爆

50、炸避免氯气与氢氧化钠反应生成次避免氯气与氢氧化钠反应生成次避免氯气与氢氧化钠反应生成次避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量氯酸钠影响氢氧化钠的产量氯酸钠影响氢氧化钠的产量氯酸钠影响氢氧化钠的产量离子膜法电解制烧碱原理图离子膜法电解制烧碱原理图离子膜法电解制烧碱原理图离子膜法电解制烧碱原理图离子膜结构示意图离子膜结构示意图离子膜结构示意图离子膜结构示意图 具有很高的具有很高的具有很高的具有很高的离子传导能离子传导能离子传导能离子传导能力，决定电力，决定电力，决定电力，决定电压的高低压的高低压的高低压的高低具有很高的正具有很高的正具有很高的正具有很高的正离子选择渗透离子选择渗透离子