4化工工艺学-第四章-纯碱和烧碱详解
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化工工艺学,纯碱
氨利用率
U NH3 生成NH 4Cl的量 C NH4 C HCO3 1 tg 原始NH 4Cl的量 C NH
4
从图中可看出，操作点在P1点时角最小， U(Na)最大；在P2点时角最小，U（NH3）最 大 。
注意到只析出NaHCO3时 P1点角最小，P1点钠利 用率最高。若操作点向 P2方向移动，钠利用率 降低，氨利用率提高。 因为实际生产中氨是循 环利用的，所以应主要 考虑钠利用率，选择接 近P1点的条件可以充分 利用原料。
2 1
3
原料配比和产品析 出 •总组成在AC线上， 只析出NaHCO3时， 又必须在其饱和面 上。所以在RS线内。 •RP1，P1N，P1M为 饱和线。1区为 NaHCO3析出区，2 区为NH4HCO3析出 区，3区为 NaCl,NH4Cl析出区。
Na利用率
U Na 生成NaHCO3的量 CCl C Na 1 tg 原始NaCl的量 CCl
相图的组成 •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。15°C平衡数据如表。
Na+ 4.62 3.39 2.19 1.44 NH4+ 3.73 4.52 5.45 6.28 浓度/mol.kg-1 Cl- HCO3Na+ 8.17 0.18 5 1.34 7.65 0.30 6 1.27 7.13 0.51 7 1.25 6.79 0.93 8 1.16 NH4+ Cl5.65 6.00 5.21 5.41 4.92 5.03 4.14 4.00 HCO30.99 1.07 1.12 1.30
氨盐比的影响
•析出NaHCO3时，有一些NH4CO3随之共晶析出。氨的溶入， 可提高钠利用率，但过高会影响NaHCO3产量。 •氨盐比略大于1时，只有少量碳酸氢铵析出。钠利用率高，氨 利用率降低，但后者可通过循环弥补，所以可取。
化学工艺学 第4章 烧碱
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第4章 烧碱
Biblioteka 4.3 隔膜法电解 4.3.1 隔膜法电解原理 立式隔膜电解槽示意图
要注意一些不利的副反应
10
11
12
第4章 烧碱
4.3.1 隔膜法电解原理
阳极材料：石墨或金属阳极（DSA） 石墨电极：易损耗，隔7~8个月需要更换（在阳极区易 被氧化） DSA电极：钛为基体，涂以活化层，活化层有两类： 钌活化层，钌丝网上涂钌氧化物 非钌活化层，如铂-铱层 阴极材料：粗铁丝网或多孔铁板，并附上隔膜 食盐水连续地加入阳极室，通过隔膜空隙流入阴极室， 为避免阴极室的OH-向阳极区扩散，要调节电解液从阳极 区向阴极区的流速，使其略大于OH-的电迁移速度 13 （17×10-5 m/sV）。
27
分解槽
氯气 洗涤塔
浓盐水 贮槽
水雾 分离器
氯气 鼓风机
淡盐水泵 离子膜 电解槽
碱液 受槽
碱冷 却器 碱泵
盐水预热器
碱泵
碱液 贮槽
离子膜电解工艺流程图 28
第4章 烧碱
4.4.2 工艺流程 淡盐水脱氯流程
氯气+水蒸气
钛冷 却塔 85℃ 淡盐水
脱氧 塔
淡盐 水罐
淡盐 水泵
脱氯 盐水罐
脱氯 盐水泵
20
第4章 烧碱
4.3.3 食盐水溶液的制备与净化
盐水的二次精制主要采取三步： (1)进一步除游离Cl2、次氯酸： 用Na2SO3或Na2S、Na2S2O7（硫代硫酸钠还原剂）进 行氧化还原反应。（为避免鳌合树脂中毒失效） (2)除悬浮物： 用助沉剂（α-纤维素，羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺） 在过滤器内壁上涂一层助滤层（即将少量的盐水与α-纤维 素调成悬浮物过滤）。再进行盐水、α-纤维素大量同时过 滤。除悬浮物的目的是其对螯合树脂有不良影响。 (3)鳌合树脂塔除去微量Ca2+,Mg 2+，及螯合树脂的再生
第4章 烧碱
Biblioteka 4.3 隔膜法电解 4.3.1 隔膜法电解原理 立式隔膜电解槽示意图
要注意一些不利的副反应
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第4章 烧碱
4.3.1 隔膜法电解原理
阳极材料：石墨或金属阳极（DSA） 石墨电极：易损耗，隔7~8个月需要更换（在阳极区易 被氧化） DSA电极：钛为基体，涂以活化层，活化层有两类： 钌活化层，钌丝网上涂钌氧化物 非钌活化层，如铂-铱层 阴极材料：粗铁丝网或多孔铁板，并附上隔膜 食盐水连续地加入阳极室，通过隔膜空隙流入阴极室， 为避免阴极室的OH-向阳极区扩散，要调节电解液从阳极 区向阴极区的流速，使其略大于OH-的电迁移速度 13 （17×10-5 m/sV）。
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分解槽
氯气 洗涤塔
浓盐水 贮槽
水雾 分离器
氯气 鼓风机
淡盐水泵 离子膜 电解槽
碱液 受槽
碱冷 却器 碱泵
盐水预热器
碱泵
碱液 贮槽
离子膜电解工艺流程图 28
第4章 烧碱
4.4.2 工艺流程 淡盐水脱氯流程
氯气+水蒸气
钛冷 却塔 85℃ 淡盐水
脱氧 塔
淡盐 水罐
淡盐 水泵
脱氯 盐水罐
脱氯 盐水泵
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第4章 烧碱
4.3.3 食盐水溶液的制备与净化
盐水的二次精制主要采取三步： (1)进一步除游离Cl2、次氯酸： 用Na2SO3或Na2S、Na2S2O7（硫代硫酸钠还原剂）进 行氧化还原反应。（为避免鳌合树脂中毒失效） (2)除悬浮物： 用助沉剂（α-纤维素，羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺） 在过滤器内壁上涂一层助滤层（即将少量的盐水与α-纤维 素调成悬浮物过滤）。再进行盐水、α-纤维素大量同时过 滤。除悬浮物的目的是其对螯合树脂有不良影响。 (3)鳌合树脂塔除去微量Ca2+,Mg 2+，及螯合树脂的再生
纯碱和烧碱的区别
纯碱和烧碱的区别纯碱和烧碱的区分你知道在哪里吗？一起来了解一下吧。
下面是学习啦我给大家整理的纯碱和烧碱的区分，供大家参阅!纯碱和烧碱的区分1，名称及化学式的区分：(1)纯碱为：碳酸钠，化学式NaCO。
(2)烧碱为：氢氧化钠，化学式为NaOH。
2，理化性质的区分：(1)纯碱：属于盐类，含十个结晶水的碳酸钠为无色晶体，结晶水不稳定，易风化，变成白色粉末Na2CO3，为强电解质，具有盐的通性和热稳定性，易溶于水，其水溶液呈碱性。
(2)烧碱：为一种具有很强腐蚀性的强碱，一般为片状或颗粒形态，易溶于水(溶于水时放热)并形成碱性溶液，另有潮解性，易吸取空气中的水蒸气。
3，用途上的区分：(1)纯碱：是重要的化工原料之一, 用于制化学品、清洗剂、洗涤剂、也用于照像术和制医药品。
(2)烧碱：用途极广。
用于造纸、肥皂、染料、人造丝、制铝、石油精制、棉织品整理、煤焦油产物的提纯，以及食品加工、木材加工及机械工业等方面。
烧碱和纯碱使用上不同烧碱氢氧化钠(NaOH)的用途极广。
用于生产纸、肥皂、染料、人造丝，冶炼金属、石油精制、棉织品整理、煤焦油产物的提纯，以及食品加工、木材加工及机械工业等方面。
我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB 2920-1996)规定：可作加工助剂，按生产需要适量使用。
氢氧化钠可以被广泛使用于以下生产过程：容器的清洗过程;淀粉的加工过程;羧甲基纤维素的制备过程;谷氨酸钠的制造过程。
纯碱碳酸钠是重要的化工原料之一，广泛应用于轻工日化、建材、化学工业、食品工业、冶金、纺织、石油、国防、医药等领域，用作制造其他化学品的原料、清洗剂、洗涤剂，也用于照相术和分析领域。
其次是冶金、纺织、石油、国防、医药及其它工业。
玻璃工业是纯碱的最大消费部门，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。
在工业用纯碱中,主要是轻工、建材、化学工业,约占2/3:其次是冶金、纺织、石油、国防、医药及其他工业。
氢氧化钠，化学式为NaOH，俗称烧碱、火碱、苛性钠，为一种具有强腐蚀性的强碱，一般为片状或块状形态，易溶于水(溶于水时放热)并形成碱性溶液，另有潮解性，易吸取空气中的水蒸气(潮解)和二氧化碳(变质)，可加入盐酸检验是否变质。
4化工工艺学-第四章-纯碱和烧碱
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
两种除钙(Ca2+)方法的比较
前者称“石灰-纯碱法”，是用扫地碱或 回收的低质量纯碱为精制剂，事先将固体 Na2CO3加热水溶解，与石灰乳混合后一次加 入反应器除去Ca2+、Mg2+离子。该法用纯碱 除钙虽损耗了部分产品，但没有氯化铵生成， 对后续工序碳酸化有利。 后者称 “石灰-碳铵法”，同氨的除钙 塔基本构造如右图。焙烧气体(CO2)从塔底经 菌帽齿缝后与溶液充分接触，在上部用水洗 涤后排空。为了加速沉降过程，可加适当助 沉剂，使形成絮状沉淀。 该法可用尾气中的氨，节省原料，但生 成的氯化铵对碳酸化过程不利。
NH3 (aq) H NH4 CO2 (aq) 2 NH3 (aq) NH4 NH2COO
水化反应如下： CO2 (aq) 2 H 2O H 2CO3 (aq)
CO2 (aq) OH HCO3
由于水化反应速度慢，且溶液中氨的浓度比OH－离子浓度大 很多，所以主要生成氨基甲酸铵。
U NH 3 (6.28 0.93) 6.28 85.2%
注意到，析出NaHCO3时P1点钠利用率最高。若操作点向P2方向 移动，钠利用率降低(溶液中Na+增加，最终被洗掉)，氨利用率提 高(溶液中NH4+减小) 。因为实际生产中氨被蒸出是循环利用的， 所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量靠近P1点。
4.1 纯碱(Industry of making soda)
4.1.1 概述
纯碱，化学名称为碳酸钠，Na2CO3，分子量105.9902。化学 品的纯度多在99.5%以上，故称“纯碱”。贸易商品名为苏打 (soda)或碱灰(soda ash)。 纯碱主要用于平板玻璃、玻璃制品、陶瓷釉料的生产，还广 泛用于生活洗涤、酸类中和、食品加工等。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。 中国纯碱工业据世界前茅，达到5Mt/a。 无水Na2CO3是白色粉末或细粒结晶，有吸湿性，其水合物有 一水、七水、十水盐。无水盐热容为(25℃)1.034J/(kg.K)，晶体密 度(20℃)2.533g/cm-3，熔点851℃，熔融热315.9kJ/kg。工业用纯碱 商品有轻质(light)、中重质(medium)、重质(dense)三种不同表观密 度，分别为0.49~0.58、0.8、0.95~1.07g/cm-3。
化工工艺学第4章--纯碱与烧碱
• 4.1.1 概述 • 4.1.2 氨碱法制纯碱 • 4.1.3 联合制碱法生产纯碱和氯化铵
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
4.1.1 概述
• 纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料， 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学 工业发达程度的标志之一。
•F’
•M
•F
•D •E’
•E
•y
•B
•R
•C
•B
•C
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
•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 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 变化不大，所以经常应用的实际是干盐相图。
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
• 注意到只析出NaHCO3时P1点角最小，P1点钠利
用率最高。若操作点向P2方向移动，钠利用率降 低，氨利用率提高。因为实际生产中氨是循环利
用的，所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量 靠近P1点。
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
• 氨盐比的影响
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化工工艺• 图学第4.54章__纯碱与烧碱
• (2) 吸氨
• 吸氨过程的主要反应为：
•
NH3 + H2O = NH4OH
•
ห้องสมุดไป่ตู้
H = -35.2kJ/mol
•
2NH3 +CO2 +H2O = (NH4)2CO3
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
4.1.1 概述
• 纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料， 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学 工业发达程度的标志之一。
•F’
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
•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 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 变化不大，所以经常应用的实际是干盐相图。
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
• 注意到只析出NaHCO3时P1点角最小，P1点钠利
用率最高。若操作点向P2方向移动，钠利用率降 低，氨利用率提高。因为实际生产中氨是循环利
用的，所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量 靠近P1点。
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化工工艺学第4章__纯碱与烧碱
• 氨盐比的影响
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化工工艺• 图学第4.54章__纯碱与烧碱
• (2) 吸氨
• 吸氨过程的主要反应为：
•
NH3 + H2O = NH4OH
•
ห้องสมุดไป่ตู้
H = -35.2kJ/mol
•
2NH3 +CO2 +H2O = (NH4)2CO3
化工工艺学4章纯碱和烧碱
化工工艺学4章纯碱和烧碱1. 纯碱1.1 纯碱的定义纯碱（Sodium Carbonate）是指化学式为Na2CO3的无机化合物。
它是一种白色结晶固体，具有碱性。
1.2 纯碱的制备方法纯碱的制备主要有两种方法：氨法和苏打法。
1.2.1 氨法氨法是使用氨来制备纯碱的方法。
主要步骤包括：1.天然钠碱石经过破碎、筛分等处理后，与水一起进入反应釜。
2.在反应釜中，将氨气通过氨吸收塔吸收，并与水发生反应，生成氢氧化钠。
3.将氢氧化钠溶液进行浓缩，得到纯碱固体。
氨法制备纯碱的优点是能够充分利用氨气和原料，并且操作相对简单。
然而，氨法也存在一些问题，例如氨气成本较高，对环境的影响较大等。
1.2.2 苏打法苏打法是使用石灰石和盐酸来制备纯碱的方法。
主要步骤包括：1.将石灰石和盐酸进行反应，生成氯化钙和二氧化碳。
2.将生成的氯化钙溶液与氨气进行反应，生成氯化铵和氢氧化钙。
3.将氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙。
4.将碳酸钙溶液与钠盐进行反应，生成纯碱的溶液。
5.通过浓缩、结晶等步骤，得到纯碱固体。
苏打法制备纯碱的优点是原料成本相对较低，并且反应过程中产生的副产品可以继续利用。
然而，苏打法也有一些问题，如废气处理困难、产生大量的废水等。
1.3 纯碱的用途纯碱具有广泛的用途，主要包括以下几个方面：•玻璃工业：纯碱是玻璃工业的主要原料之一，用于调节玻璃的成分和性质。
•日用化工：纯碱可以用于洗涤剂、肥皂、洗衣粉等的生产中，起到去污、去垢的作用。
•医药工业：纯碱也可以用于制备药物，如制碱类药物、消化剂等。
•冶金工业：纯碱可以用于炼铝、炼钼等冶金工艺中的脱硫、脱碳等反应。
•环保工程：纯碱可以用于废水处理、烟气回收等环保工程中。
2. 烧碱2.1 烧碱的定义烧碱（Potassium Hydroxide），化学式为KOH，是一种白色固体，具有强碱性。
2.2 烧碱的制备方法烧碱的制备主要有电解法和石碱法两种方法。
2.2.1 电解法电解法是使用电解池将食盐溶液进行电解，产生氯气和氢气的同时，还会生成氢氧化钠和氯化钾。
化工工艺纯碱工艺
注意:
若溶液中CO2浓度增大，反应右移可使氨平衡分 压下降，从而使气相中pCO2增加。如图4.6所示。
图 4.6
吸氨的主要设备是吸氨 塔，其结构如图4.7。 氨从中部引入，引入处 反应剧烈，温升大，所 以部分吸氨液循环冷却 后继续。上部各段都有 溶液冷却循环以保证塔 内温度。 澄清桶的目的是除去少 量钙镁盐沉淀，达到杂 质含量少于0.1kg/m-3的 标准。 操作压力略低于大气压， 减少氨损失和循环氨引 入。
碳化塔是氨碱 法制纯碱的主要 设备之一。它是 由许多铸铁塔圈 组装而成，结构 上大致可分上、 下两部分：上部 为二氧化碳吸收 段，下部有一些 冷却水箱，用以 冷却碳化液以析 出晶体。碳酸化
塔.jpg
4、碳酸氢钠的煅烧（p156页）
此处适当添加相关内容，可以不作为重 点。
5、氨的回收（p158页）
NH4Cl又可以与生石灰反应，产生NH3，重新作为原料使用： 2NH4Cl+Ca(OH)2→2NH3↑+CaCl2+2H2O （NH3循环使用）
饱 和 食 盐 水 过滤 通NH3 氨 洗涤 盐 通CO2 水 煅烧 石灰石 CO2 CaO 沉淀
NaHCO3
煅烧
CO2(循环使用） Na2CO3产品 NH3(循环使用）
图 4.7
3、氨盐水的碳酸化（p151页）
碳酸化过程分为三步：氨盐水先与CO2反应生成氨基 甲酸铵，然后再水解生成碳酸氢铵，再与钠离子反应 生成碳酸氢钠。主要反应如下： CO2 + NH3 = H+ + NH2COO－ NH3 + H+ = NH4+ CO2 + 2NH3 = NH4+ + NH2COO－ 还有水化反应 CO2 + H2O = H2CO3
4化工工艺学-第四章-纯碱和烧碱全解
NH3 (aq) H NH4 CO2 (aq) 2 NH3 (aq) NH4 NH2COO
水化反应如下： CO2 (aq) 2 H 2O H 2CO3 (aq)
CO2 (aq) OH HCO3
由于水化反应速度慢，且溶液中氨的浓度比OH－离子浓度大 很多，所以主要生成氨基甲酸铵。
④温度的影响
温度升高，氨盐水中的 NH3减小，饱和线P1C向右移 动(但NaHCO3在溶液中的溶解 度变化不大)；P1点向右上移 动，溶液的碳酸化度增加； 均可析出等多的NaHCO3结晶， 钠利用率增大，氨利用率降 低。 在生产条件下，一般为 了得到NaHCO3，NaCl浓度不 变，采取较高温度进行碳酸 化。碳酸化后降低温度可减 少其溶解度，相应提高钠利 用率。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
(1) 主要化学反应
根据上图，氨碱法以碳酸钙和氯化钠为原料，反应有： ① 焙烧CaCO3制得CO2：
CaCO3 ( s) 焙烧 CO2 ( g) CaO( s) 176.105kJ / mol
② NaHCO3沉淀的析出： NaCl NH3 CO2 H2O＝NaHCO 3 ( s ) NH4Cl ③ 生成的碳酸氢钠(NaHCO3)煅烧分解后可得纯碱：
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
碳酸化过程的氨盐比
从原料利用率相 图分析，氨盐比越大， 操作条件越接近P1点， 综合原料利用率越高。 当氨盐比为1:1且原 盐水饱和时，碳酸化 度与CO2平衡分压的 关系如右图。 CO2分压高，有利 于碳酸化反应。 温度低一点，溶 液饱和度大，有利于 结晶。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
③ 氨盐比的影响
氨盐比略大 于1时，相点落 在Z点附近，只 有少量碳酸氢铵 析出。钠利用率 高，氨利用率降 低，但后者可通 过循环弥补，所 以可取。氨量高， 虽可提高钠利用 率，但过高会影 响NaHCO3产量。 其关系如右表和 上右图。
水化反应如下： CO2 (aq) 2 H 2O H 2CO3 (aq)
CO2 (aq) OH HCO3
由于水化反应速度慢，且溶液中氨的浓度比OH－离子浓度大 很多，所以主要生成氨基甲酸铵。
④温度的影响
温度升高，氨盐水中的 NH3减小，饱和线P1C向右移 动(但NaHCO3在溶液中的溶解 度变化不大)；P1点向右上移 动，溶液的碳酸化度增加； 均可析出等多的NaHCO3结晶， 钠利用率增大，氨利用率降 低。 在生产条件下，一般为 了得到NaHCO3，NaCl浓度不 变，采取较高温度进行碳酸 化。碳酸化后降低温度可减 少其溶解度，相应提高钠利 用率。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
(1) 主要化学反应
根据上图，氨碱法以碳酸钙和氯化钠为原料，反应有： ① 焙烧CaCO3制得CO2：
CaCO3 ( s) 焙烧 CO2 ( g) CaO( s) 176.105kJ / mol
② NaHCO3沉淀的析出： NaCl NH3 CO2 H2O＝NaHCO 3 ( s ) NH4Cl ③ 生成的碳酸氢钠(NaHCO3)煅烧分解后可得纯碱：
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
碳酸化过程的氨盐比
从原料利用率相 图分析，氨盐比越大， 操作条件越接近P1点， 综合原料利用率越高。 当氨盐比为1:1且原 盐水饱和时，碳酸化 度与CO2平衡分压的 关系如右图。 CO2分压高，有利 于碳酸化反应。 温度低一点，溶 液饱和度大，有利于 结晶。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
③ 氨盐比的影响
氨盐比略大 于1时，相点落 在Z点附近，只 有少量碳酸氢铵 析出。钠利用率 高，氨利用率降 低，但后者可通 过循环弥补，所 以可取。氨量高， 虽可提高钠利用 率，但过高会影 响NaHCO3产量。 其关系如右表和 上右图。
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《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
4.1.2 氨碱法制纯碱
4.1.2.1 氨碱法的生产原理
氨碱法(Ammonia soda process) 也称索尔维(Solvay process)法， 氨碱法主要反应与物流转移见下图。
可见，氨碱法制备纯碱是以氯化钠(NaCl)和碳酸钙(CaCO3)为原 料，①碳酸钙经过焙烧产生CO2和CaO； ②CO2与NH3在NaCl水溶液 中沉淀出碳酸氢钠(NaHCO3)；③ NaHCO3再经焙烧制得纯碱 (Na2CO3)；④副产CaO经水合、NH4Cl反应制得氯化钙；⑤释放的 NH3循环利用，再与NaCl 和CO2制备NaHCO3 。
定压下，当只有碳酸氢钠析出，没有其它盐类析出时，自由 度为f＝4－2＋1＝3。下面用温度及两个浓度变量来讨论。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
① 原料配比和产品析出
右图中，ⅠP2、P2Ⅱ、 P2P1、P1Ⅲ、P1Ⅳ为饱和线； 1,2,3区为NaHCO3、 NH4HCO3、NH4Cl的析出区； P1点可析出三种结晶。 氨盐水碳酸化后的组成 在 AC 线上。如果只需析出 NaHCO3 时，组成应 R-S 线内， 超 过 S 析 出 NH4HCO3, 超 过 R 析出NaCl。 如果总组成在 X 点， T 点 为饱和溶液 ，结晶与溶 液 比为 TX:XD ，比值越大，析 出结晶越多。可见P1点操作 最好。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
(1) 主要化学反应
根据上图，氨碱法以碳酸钙和氯化钠为原料，反应有： ① 焙烧CaCO3制得CO2：
CaCO3 ( s) 焙烧 CO2 ( g) CaO( s) 176.105kJ / mol
② NaHCO3沉淀的析出： NaCl NH3 CO2 H2O＝NaHCO 3 ( s ) NH4Cl ③ 生成的碳酸氢钠(NaHCO3)煅烧分解后可得纯碱：
NH4Cl Ca(OH )2 2 NH3 CaCl2 2H 2O
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
(2) 氨碱法相图讨论
氨盐水碳酸化反应(反应②)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，保证在给定工艺条件下得到所需的产品及 质量。 反应体系有NaCl-NH4Cl-NH4HCO3-NaHCO3-H2O五种物质， 有一个化学反应平衡常数方程，独立组分数为4。水是溶剂， 所以可以将体系看成是除水外的其它4组分构成的。也可用 Na+、Cl-、NH4+、和HCO3-离子浓度表示。 根据相律： f C P 2
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
② 原料利用率
U Na 生成NaHCO3量 CCl C Na 1 tg 原始NaCl量 CCl
生 成NH 4Cl量 C NH 4 C HCO3 1 tg 原 始NH 4Cl量 C NH
4
U NH 3
从图中可看出，操作点在P1点时 角最小，角较小，因此两种利用率 都较高。根据P1点浓度数据可计算： U Na (6.79 1.44) 6.79 78.8%
U NH 3 (6.28 0.93) 6.28 85.2%
注意到，析出NaHCO3时P1点钠利用率最高。若操作点向P2方向 移动，钠利用率降低(溶液中Na+增加，最终被洗掉)，氨利用率提 高(溶液中NH4+减小) 。因为实际生产中氨被蒸出是循环利用的， 所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量靠近P1点。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
第4章 纯碱和烧碱
Soda and Caustic Soda
纯碱和烧碱都是重要的轻工、建材、化工原料，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学工业发达程度的标志之一。
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4.1 纯 碱 4.2 烧 碱
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
③ 氨盐比的影响
氨盐比略大 于1时，相点落 在Z点附近，只 有少量碳酸氢铵 析出。钠利用率 高，氨利用率降 低，但后者可通 过循环弥补，所 以可取。氨量高， 虽可提高钠利用 率，但过高会影 响NaHCO3产量。 其关系如右表和 上右图。
《化工工艺学》第4章 纯碱和烧碱
④温度的影响
温度升高，氨盐水中的 NH3减小，饱和线P1C向右移 动(但NaHCO3在溶液中的溶解 度变化不大)；P1点向右上移 动，溶液的碳酸化度增加； 均可析出等多的NaHCO3结晶， 钠利用率增大，氨利用率降 低。 在生产条件下，一般为 了得到NaHCO3，NaCl浓度不 变，采取较高温度进行碳酸 化。碳酸化后降低温度可减 少其溶解度，相应提高钠利 用率。
2 NaHCO 3 ( s ) Na2CO3 ( s ) CO2 ( g ) H 2O( g )
④ 焙烧CaCO3得到的CaO，即水泥的有效成分，可作为水泥产 品，这里水合生成Ca(OH)2：
CaO H 2O Ca(OH )2
⑤ NH4Cl中的NH3是要循环利用的，可由下列反应回收：
4.1 纯碱(Industry of making soda)
4.1.1 概述
纯碱，化学名称为碳酸钠，Na2CO3，分子量105.9902。化学 品的纯度多在99.5%以上，故称“纯碱”。贸易商品名为苏打 (soda)或碱灰(soda ash)。 纯碱主要用于平板玻璃、玻璃制品、陶瓷釉料的生产，还广 泛用于生活洗涤、酸类中和、食品加工等。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。 中国纯碱工业据世界前茅，达到5Mt/a。 无水Na2CO3是白色粉末或细粒结晶，有吸湿性，其水合物有 一水、七水、十水盐。无水盐热容为(25℃)1.034J/(kg.K)，晶体密 度(20℃)2.533g/cm-3，熔点851℃，熔融热315.9kJ/kg。工业用纯碱 商品有轻质(light)、中重质(medium)、重质(dense)三种不同表观密 度，分别为0.49~0.58、0.8、0.95~1.07g/cm-3。