第八章 氨的蒸馏与回收
第八章 传质过程导论(化工原理)

第八章 传质过程导论第一节 概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离(提纯,回收)1.吸收2.气体的减湿3.液-液萃取4.固-液萃取(浸沥,浸取)5.结晶6.吸附(脱附)7.干燥 8精馏 目的:湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率mm a A A =mm a B B =mm a C C =……….......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 nn x A A =nn x B B =nn x C C =…….......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A AA A m m a m m x ==BB B m m a x =…….∑=++=iii B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i =故 ∑==iii AA A A m a m a nn xi iiAA A m xm a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1)X X x -=13.浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和(体积与混合物相等)∑=++=iB A CC C ........ρρA V m a V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp MVn M Vm C AAAA A A ===气体总摩尔浓度 RTp Vn C ==摩尔分率与分压分率相等 pp nn y A A A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB A A BB A A BA Mp M p Mn M n n n Y ===第二节 扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散: 扩散速率与浓度梯度成正比 费克定律: 对双组分物系下表达为: dzdl D J A ABA -=A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数 组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度,3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RTp c A A =得 dzdp RTD J AAB A -=定义A J 通过得截面是“分子对称”得,即有一个A 分子通过某一截面,就有一个B 分子反方向通过这一截面,填补原A 分子得空部位,这种分子对称面为固定时,较为简便。
第八章分析学中常用的分离和富集方法

第八章分析化学中常用的分离和富集方法在实际工作中,遇到的样品往往含有多种组分,进行测定时常常发生干扰,不仅影响结果的准确度,甚至无法测定,为了消除干扰,比较简单的方法是控制分析条件或加入掩蔽剂。
但很多情况仅此不够,必须把待测组分与干扰组分分离,有时为了测定试样中痕量组分,在进行分离的同时,也进行必要的浓缩和富集。
以保证分析结果的准确度。
对于常量组分的分离和痕量组分的富集,总的要求是分离要完全,即:待测组分的回收率要符合一定要求。
待测组分的回收率:对于常量组分 (>1%) : R T>99% ( 接近 100%)对于微量组分: R T>90%常见的分离方法: 1 .沉淀分离2 .萃取分离3 .离子交换分离4 .色谱分离5 .气浮分离6 .挥发和蒸馏分离第一节沉淀分离法沉淀分离是利用沉淀反应进行分离的方法。
根据难溶化合物的溶解度不同,利用沉淀反应进行分离,在试液中加入适当沉淀剂,使待测组分沉淀出来或将干扰组分沉淀除去。
从而达到分离的目的。
它主要有:无机沉淀剂沉淀分离法有机沉淀剂沉淀分离法共沉淀分离法。
( 还有均相沉淀法 )一、无机沉淀剂沉淀分离法无机沉淀剂沉淀分离法很多,形成沉淀的类型也很多,本书只对M (OH ) n ↓和硫化物沉淀简单介绍.例如: Fe(OH)3,,当 [时,刚析出沉淀时pH ≥ 2.18 ;沉淀完全时pH ≥ 3.51 。
因此,氢氧化物是否能沉淀完全,取决于溶液的酸度。
NaOH Fe(OH)3沉淀剂: NH3·H2O → Mg(OH)2WO3 xH2O 等ZnO 等 SiO2·xH2O两种离子是否能借M(OH)n↓ N(OH)n↓ ( 氢氧化物沉淀 ) 完全分离,取决于它们溶解度的相对大小表 8-1 是假定开始时=0.01mol/L ,残留浓度mol/L( 沉淀完全 ) 时,部分氢氧化物的 pH ( 由 KSP 计算出来的 ), 此数值仅供参考。
人教版初中高中化学必修二第八章《化学与可持续发展》知识点(含答案解析)

一、选择题1.下列有关水处理的方法合理的是A .用亚铁盐吸附水中的悬浮物B .用火碱还原废水中的227Cr O -C .用2Na S 沉淀水中的2Cu +、2Hg +等重金属离子D .用食盐处理含高浓度4NH +的废水并回收利用氨2.化学与科学、技术、社会和环境密切相关,下列有关说法中不正确的是( ) A .对废旧电池进行回收处理,主要是为了环境保护和变废为宝B .硅太阳能电池工作时,化学能转化成电能C .84消毒液是以NaClO 为主要有效成分的消毒液,与医用酒精混合不能提升消毒效果D .工业上,不能采用电解MgCl 2溶液的方法制取金属镁3.节约集约利用资源,倡导绿色简约生活。
关于能源与生活的说法错误..的是 A .推广使用一次性塑料袋和纸巾B .发展非燃油型新能源汽车,有利于减少污染气体排放,改善人类生存环境。
C .充分利用太阳能D .燃料不完全燃烧排放的CO 是大气污染物之一4.下列关于铝及其化合物说法不正确的是A .明矾可用作净水剂和消毒剂B .铝可用作包装材料和建筑材料C .利用铝热反应可冶炼高熔点金属D .氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物5.下列冶炼金属的原理中,属于热还原法的是( )A .Fe+CuSO 4= FeSO 4+CuB .MgCl 2(熔融)电解Mg+Cl 2↑C .2Ag 2O Δ4Ag+O 2↑D .Fe 2O 3+3CO 高温2Fe+3CO 26.化学无处不在,下列说法错误的是A .《元丰行示德逢》里“雷蟠电掣云滔滔,夜半载雨输亭皋”涉及化学反应22N +O 2NO 放电B .举世轰动的“超级钢”(含Mn10%C0.47%Al2%V0.7%、、、)是一种新型合金C .中国传统制作油条的口诀是“一碱、二矾、三钱盐”,其中的“碱”是火碱D .根据化学学科核心素养之一(证据推理与模型认知)可推知3Cr(OH)胶体也可吸附悬浮杂质7.铝是一种很重要的金属,可以发生一系列反应制备物质,如图所示:下列说法错误的是()A.反应①又称铝热反应,可用于野外焊接铁轨B.反应②、③都有氢气生成,产生等量的氢气时转移的电子数相等C.常用反应⑥制备Al(OH)3,方法是向A12(SO4)3溶液中滴加足量的NaOH溶液D.工业上用反应⑦制备铝时,常加入冰晶石以降低氧化铝的熔融温度8.利用海水提取溴和镁的过程如下,下列说法不正确的是A.工业溴中含少量Cl2,可用NaOH溶液除去B.工业上常利用电解熔融MgCl2冶炼金属镁C.富集溴元素过程中,空气吹出法利用了溴易挥发的性质D.若提取1 mol Br2,至少需要标准状况下44.8 L的Cl29.化学与生活密切相关,下列说法正确的A.包装用材料聚乙烯和聚氯乙烯都属于烃B.木材纤维和土豆淀粉遇碘水均显蓝色C.利用粮食酿酒经过了淀粉—葡萄糖—乙醇的化学变化过程D.煤制煤气是物理变化,是高效、清洁地利用煤的重要途径10.下表中相关物质的信息都正确的一项是()选项化学式电子式或含有的化学键类型物质的性质与性质相对应的用途A NaClO强氧化性消毒液B H2O2不稳定,易分解医用消毒剂C NH3共价键水溶液呈弱碱性工业制硝酸D KAl(SO4)2离子键易水解自来水消毒剂A.A B.B C.C D.D二、填空题11.我国有丰富的海水资源,开发和利用海水资源是当前科学研究的一项重要任务,如图是海水综合利用的一个方面。
化工原理课后习题答案第八章 蒸馏习题答案

习题相平衡1.已知甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸汽压分别为181.13kPa 和50.92kPa ,且该溶液为理想溶液。
试求:(1)80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度;(2)若在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.6,试求汽相组成; (3)此时的总压。
解:(1)甲醇与丙醇在80℃时的相对挥发度557.392.5013.181===o BoA p p α(2)当x=0.6时 ()842.06.0)1557.3(16.0557.311=⨯-+⨯=-+=x x y αα(3)总压kPa yxp p o A 07.129842.06.013.181=⨯==2.已知二元理想溶液上方易挥发组分A 的气相组成为0.45(摩尔分率),在平衡温度下,A 、B 组分的饱和蒸汽压分别为145kPa 和125kPa 。
求平衡时A 、B 组分的液相组成及总压。
解:对二元理想溶液的气液平衡关系可采用拉乌尔定律及道尔顿分压定律求解。
已知理想溶液 ,45.0y =A 则0.5545.0-1y 1y A B ==-= 根据拉乌尔定律 A oA A x p p = ,B oB B x p p = 道尔顿分压定律 A A p p y = ,B B p p y = 则有 o A A p p x A y =,op p x BBB y = 因为 1x x B =+A所以 1p y p y 0B BA =⎪⎪⎭⎫⎝⎛+o Ap即 11250.551450.45=⎪⎭⎫ ⎝⎛+p可解得 p =133.3 kPa 则液相组成 414.014545.03.133y A =⨯==oAA p p x586.0414.01x 1A B =-=-=x3.苯(A )和甲苯(B )的饱和蒸气压和温度的关系(安托因方程)为24.22035.1206032.6log +-=t p oA58.21994.1343078.6log +-=t p oB 式中oA p 单位为k a P ,t 的单位为℃。
冷库氨回收方案

冷库氨回收方案概述冷库氨回收方案是为了解决冷库中氨气的泄露问题,减少对环境和人体的危害,并达到节能和环保的目的。
本文档将介绍冷库氨回收方案的原理、设备和操作流程。
方案原理冷库氨回收方案的原理是通过氨气回收系统将冷库中泄露的氨气吸收并经过处理后重新利用。
具体的回收过程包括氨气吸收、氨气处理和氨气再利用三个步骤。
氨气吸收冷库中的泄露氨气通过整流器进入氨气吸收器,并与吸收剂发生吸收反应。
吸收剂通常是一种有机溶剂,能够与氨气发生物理或化学吸收反应,形成氨合物。
氨气处理吸收剂中的氨合物经过加热和真空蒸馏,使氨气从吸收剂中脱附出来。
同时,对吸收剂进行再生处理,将其中的杂质去除,恢复其吸收能力。
氨气再利用脱附出来的氨气经过冷凝和压缩,得到高纯度的氨气,可以重新用于冷库的冷却系统。
设备介绍冷库氨回收方案所涉及的主要设备有氨气吸收器、整流器、加热器、真空蒸馏器、冷凝器和压缩机等。
氨气吸收器氨气吸收器是冷库氨回收系统的关键设备,用于将冷库中的氨气吸收到吸收剂中。
吸收器通常由壳管式换热器组成,具有较大的换热面积和高效的氨气吸收性能。
整流器整流器用于调节冷库中泄露氨气的流量和压力,保持吸收器中氨气的稳定供应。
整流器通常由调节阀和过滤器组成。
加热器加热器用于对吸收剂和氨合物进行加热,使氨气从吸收剂中脱附出来。
加热器通常采用蒸汽或电加热的方式。
真空蒸馏器真空蒸馏器用于对吸收剂进行再生处理,将其中的杂质去除,恢复其吸收能力。
真空蒸馏器通常由加热器、冷却器和凝结器组成。
冷凝器和压缩机冷凝器用于将脱附出来的氨气冷凝成液体,压缩机用于将冷凝后的氨气压缩成高纯度的氨气。
冷凝器和压缩机通常组成一套封闭的循环系统。
操作流程冷库氨回收方案的操作流程包括氨气吸收、氨气处理和氨气再利用三个步骤。
1.氨气吸收–打开整流器,调节氨气的流量和压力。
–将冷库中的氨气引导到吸收器中,与吸收剂发生吸收反应。
–根据吸收效果,调节吸收剂的添加量和吸收器的温度和压力。
【学生卷】初中高中化学必修二第八章《化学与可持续发展》经典测试题(课后培优)(1)

一、选择题1.下列叙述不正确的是A.天然气的主要成分是甲烷,是一种清洁、不可再生的化石燃料B.液氨汽化时吸收大量的热,因此液氨常用作制冷剂C.活性炭、SO2、Na2O2都能使品红溶液褪色,原理相同D.石油分馏得到的汽油是混合物2.下列关于煤的综合利用、苯的说法不正确的是A.苯既能发生氧化反应也可以发生还原反应B.煤的干馏,煤的液化,煤的气化都是化学变化C.煤中含有苯可以通过先干馏后分馏的方法得到苯D.邻二甲苯只有一种结构,说明苯中的化学键不是单双键交替结构3.抗疫居家期间,同学们在参与家务劳动的过程中体会到化学知识无处不在。
下列劳动与所涉及的化学知识不相符的是选项家务劳动化学知识A餐后将洗净的铁锅擦干铁在潮湿环境中易生锈B使用白醋除去水壶中的水垢白醋可溶解碳酸钙等沉淀C使用含NaClO的84消毒液拖地NaClO具有还原性D用温热的纯碱溶液擦拭有油污的灶台油脂在碱性条件下发生水解反应A.A B.B C.C D.D4.下列实验装置图正确的是A.实验室制备及收集乙烯B.石油分馏C.实验室制硝基苯D.实验室制乙酸乙酯5.“ 能源分类相关图”如下图所示,下列选项中的能源全部符合图中阴影部分的是A.煤、石油、潮汐能B.氢能、生物质能、天然气C.太阳能、风能、生物质能D.地热能、沼气、核能6.金属材料的制造与使用在我国已有数千年历史。
下列文物不是由金属材料制成的是A.陕西西安秦兵马俑B.山西黄河大铁牛C.“曾侯乙”青铜编钟D.南昌“海昏侯”墓中出土的金饼7.2008年北京奥运会主体育场一“鸟巢”,被《泰晤士报》评为全球“最强悍”工程。
“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢和884块ETFE膜,并采用新一代的氮化镓铟高亮度LED材料。
夜幕降临,北京奥运会主会场“鸟巢”内灯火辉煌、鼓瑟齐鸣。
璀璨的烟花在空中组成奥运五环等图案,与场内表演相呼应。
鸟巢夜景照明由五个部分组成,其中主体照明以传统文化元素“中国红”为主色。
第八章 氨的蒸馏与回收

第八章氨的蒸馏与回收氨碱法纯碱生产中,氨是作为中间介质存在的;在工艺过程中,它是周而复始不断循环的,而这种循环就是借助于蒸馏来实现的。
蒸氨工序是利用蒸馏及设备以回收制碱母液及其他含氨杂水中所含的以NH4CL、(NH4)2CO3、NH4OH等形式存在的氨及二氧化碳。
它的设置,使氨在制碱中循环使用成为可能。
蒸氨工序处于制碱的主要物料流溶液处理的末端,它是NH3与CO2返回下一个制碱循环的重要连接点,它的工况与生产效果如何是建立全系统良性工业循环的关键,也是全厂降低物料消耗与能量消耗的一个重点。
冷季生产的供汽与热季的冷却作业方面的不利条件,都对搞好蒸氨生产起着制约作用。
化工生产中,单元操作过程的影响因素,往往是错综复杂的,有时甚至是相互矛盾的;因此,工业生产,工艺指标的确定,力求全面客观,在综合分析的基础上做出恰到好处的适宜选择。
氨碱厂蒸馏工艺应考虑的诸因素有:1、尽可能地将NH3和CO2从溶液中驱除,以最大限度减少废液中的氨和石灰含量;2、降低能耗,有效利用热量交换,减少蒸馏废液当量和降低废液温度;3、缓和蒸馏设备的结疤速度,延长其使用周期,减少清塔频率;4、寻求较高的单位设备生产强度。
在实际生产当中,通常蒸氨工序工艺与装备优良与否的评判标准是:①、能否提高母液的处理量,各段能力与每套蒸氨装置的综合能力相匹配;②、能否确保蒸氨出气的冷却与浓缩合乎规定的要求;③、能否在降低蒸汽、灰乳、水、电消耗量的条件下,将氨和二氧化碳蒸出完全;④、能否确保设备管道上气液物料流的通过能力大、阻力小,并维持稳态流动。
此四项就是对本工序产量、质量、消耗、安全与均衡作业的全面要求。
本工序所处理的母液,因其是否经煅烧炉气预分解,而有热母液与冷母液之分。
采用母液洗涤炉气流程的碱厂,母液是热母液;本工序是始于冷母液还是热母液,对作业的进程和效果都有一定的影响。
目前国内多数新建厂及老厂都是使用热母液蒸氨流程的。
第一节蒸氨过程的基本原理氨碱法生产纯碱的过程中,氨是循环使用的。
焦化氨水蒸馏工艺

焦化氨水蒸馏工艺焦化氨水蒸馏工艺是一种常用的工业生产方法,用于提取焦炭中的氨水。
本文将介绍焦化氨水蒸馏工艺的基本原理、工艺流程以及其应用。
1. 基本原理焦化氨水蒸馏工艺是利用焦炭中的氨水溶液的沸点与水的沸点不同的特性,通过蒸馏将氨水分离出来。
焦炭中的氨水主要来自焦炉煤气的冷却和净化过程中产生的氨气与水反应生成的。
而焦炭中的氨水对环境有害,因此需要对其进行处理和回收利用。
2. 工艺流程焦化氨水蒸馏工艺的主要步骤包括预处理、蒸馏和后处理三个阶段。
(1)预处理阶段:将焦炉煤气中的氨气与水反应生成氨水。
在这个阶段,首先需要将焦炉煤气进行冷却降温,然后通过添加酸性溶液与氨气反应,生成氨水溶液。
(2)蒸馏阶段:将产生的氨水溶液进行蒸馏,分离出其中的氨水。
蒸馏过程中,通过加热氨水溶液,使其达到沸点,然后将产生的气体进行冷却和净化处理,得到纯净的氨水。
(3)后处理阶段:对蒸馏后的氨水进行处理,使其符合环保要求。
主要包括中和、沉淀、过滤等步骤,将其中的有害物质去除,得到可回收利用的氨水。
3. 应用焦化氨水蒸馏工艺广泛应用于焦化行业,通过对焦炭中的氨水进行处理和回收利用,可以减少对环境的污染,并节约资源。
焦化氨水蒸馏工艺还可以应用于其他工业领域,如化肥生产、制药工业等。
在化肥生产中,焦化氨水蒸馏工艺可以将焦炭中的氨水提取出来,用于制造氨肥。
在制药工业中,焦化氨水蒸馏工艺可以将焦炭中的氨水提取出来,作为制造药物的原料。
4. 总结焦化氨水蒸馏工艺是一种常用的工业生产方法,通过蒸馏将焦炭中的氨水分离出来,以达到环保和资源利用的目的。
该工艺的基本原理是利用氨水的沸点与水的沸点不同的特性,通过蒸馏将氨水分离出来。
焦化氨水蒸馏工艺的应用范围广泛,不仅可以应用于焦化行业,还可以应用于化肥生产、制药工业等领域。
通过焦化氨水蒸馏工艺的应用,可以减少环境污染,实现资源的可持续利用。
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第八章氨的蒸馏与回收氨碱法纯碱生产中,氨是作为中间介质存在的;在工艺过程中,它是周而复始不断循环的,而这种循环就是借助于蒸馏来实现的。
蒸氨工序是利用蒸馏及设备以回收制碱母液及其他含氨杂水中所含的以NH4CL、(NH4)2CO3、NH4OH等形式存在的氨及二氧化碳。
它的设置,使氨在制碱中循环使用成为可能。
蒸氨工序处于制碱的主要物料流溶液处理的末端,它是NH3与CO2返回下一个制碱循环的重要连接点,它的工况与生产效果如何是建立全系统良性工业循环的关键,也是全厂降低物料消耗与能量消耗的一个重点。
冷季生产的供汽与热季的冷却作业方面的不利条件,都对搞好蒸氨生产起着制约作用。
化工生产中,单元操作过程的影响因素,往往是错综复杂的,有时甚至是相互矛盾的;因此,工业生产,工艺指标的确定,力求全面客观,在综合分析的基础上做出恰到好处的适宜选择。
氨碱厂蒸馏工艺应考虑的诸因素有:1、尽可能地将NH3和CO2从溶液中驱除,以最大限度减少废液中的氨和石灰含量;2、降低能耗,有效利用热量交换,减少蒸馏废液当量和降低废液温度;3、缓和蒸馏设备的结疤速度,延长其使用周期,减少清塔频率;4、寻求较高的单位设备生产强度。
在实际生产当中,通常蒸氨工序工艺与装备优良与否的评判标准是:①、能否提高母液的处理量,各段能力与每套蒸氨装置的综合能力相匹配;②、能否确保蒸氨出气的冷却与浓缩合乎规定的要求;③、能否在降低蒸汽、灰乳、水、电消耗量的条件下,将氨和二氧化碳蒸出完全;④、能否确保设备管道上气液物料流的通过能力大、阻力小,并维持稳态流动。
此四项就是对本工序产量、质量、消耗、安全与均衡作业的全面要求。
本工序所处理的母液,因其是否经煅烧炉气预分解,而有热母液与冷母液之分。
采用母液洗涤炉气流程的碱厂,母液是热母液;本工序是始于冷母液还是热母液,对作业的进程和效果都有一定的影响。
目前国内多数新建厂及老厂都是使用热母液蒸氨流程的。
第一节蒸氨过程的基本原理氨碱法生产纯碱的过程中,氨是循环使用的。
每生产lt纯碱约需循环0.4~0.5t氨,氨的价格较纯碱高几倍。
在纯碱生产和氨的回收循环使用过程中,如何减少氨的逸散、滴漏和其他机械损失,是氨碱法制碱的一个极为重要的问题。
制碱过程中母液中的NH3和CO2大体以两种形式存在,其中游离氨包括碳酸铵盐和氢氧化铵可以直接加热蒸煮驱除,但氯化铵或硫酸铵形式的固定铵,则必须加入石灰如用化学方法分解,而后加热蒸馏才行。
正是因为这样,工业使用的蒸馏塔被设计成预热、加灰蒸馏两个塔段组合而成的装置,以便分别承担脱除溶液的游离氨、二氧化碳和固定氨的任务。
即氨的回收方法就是将各种含氨的溶液集中进行加热蒸馏回收,再用氢氧化钙(Ca(OH)2)对溶液进行中和后再蒸馏回收。
含氨溶液主要是指过滤母液和淡液。
过滤母液中含有游离氨和结合氨,同时有少量的CO2或HCO3-之类。
为了节约石灰,以免生成CaCO3沉淀,氨回收在工艺上采用两步进行。
首先将淡液中的游离NH3和CO2用加热的方法逐出液相,然后再加石灰乳与结合氨作用,使其变成游离氨而蒸出。
淡液是指炉气洗涤液、冷凝液及其他含氨杂水,其中只含有游离氨,回收也较为简单,可以与过滤母液一起或分开回收。
分开回收时可节约能耗,减轻蒸氨塔的负荷,但需单设一台淡液蒸氨回收设备。
一、氨回收的基本化学原理由于母液中的组成较复杂。
其蒸氨回收过程中的化学反应亦很复杂。
首先在加热段加热时发生下列反应:NH4OH(aq)=NH3(g)+H20(l)—34.6kJ/molNH4HCO3(aq)=NH3(g)+CO2(g)+ H2O(l)—64.5kJ/mol(NH4)2CO3(aq)=2NH3(g)+H20(l)+CO2(g)—94kJ/molNH4HS=NH3+H2S(NH4)2S=2NH3+H2S然后在塔内随着温度的升高和进入预灰桶后发生以下反应:母液中的NaHCO3发生如下反应:NaHCO3(aq)+NH4CL(aq)=NaCL(aq)+NH3+CO2+H2O+2.2kJ/mol溶解于洗液中的Na2CO3发生如下反应:Na2CO3(aq)+2NH4CL(aq)=2NaCL(aq)+2NH3+CO2+H2O—97.4kJ/mol补充的Na2S发生如下反应:Na2S(aq)+2NH4CL(aq)=2NaCL(aq)+2NH3+2H2S在预灰桶内和石灰乳发生的主反应:2NH4CL(aq)+Ca(OH)2(aq)=CaCL2(aq)+2NH3+2H2O+25.1kJ/mol其他次反应:(NH4)2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2NH3+2H20Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OCa(OH)2+H2S=CaS+2H2ONa2SO4(l) + CaCL2(l) = CaSO4(s) + 2NaCL(l)由这些反应式可见,预热段反应属受热分解;但蒸馏段固定氨则需沿用复分解反应来完成的。
上述反应之后的过程,则属于NH3和CO2从溶液中蒸出过程——这一过程基本上是个物理过程。
氨在水中的溶解度随着温度和压力不同而有很大的变化,当温度提高,氨的溶解度急剧下降;然而实践告诉我们,若采用间接加热,预使氨从溶液中全部驱出是困难的,那时液相中残留的氨量满足不了氨碱工艺的要求;可是当压力提高时,却会使NH3的溶解稍有增大。
在低温、低压的条件下,水溶液中的氨并不是完全服从亨利——道尔顿关于溶解度与压力成比列的定律,这说明安在水溶液中不纯粹是物理溶解,而是伴随着某些化学结合即为其间有NH4OH的存在。
为此,从母液中分解出氨,并从溶液中将其驱出是一个复杂的化学过程。
从实践观点来看,蒸氨过程包括着两个方面:1、在稳定的NaCL和NH4CL溶液中,NH3、CO2和H20的蒸出过程,也就是在生产中的预热段操作过程。
2、在稳定的NaCL和CaCL2溶液中,NH3和H2O的蒸出过程,即在生产中的加灰蒸馏段的操作过程。
二、母液及其他物料的理化参数(一)母液的正常组成:TNH3 83—89tt FNH3 26—28ttCNH3 60—65tt TCL- 83—92tt(冷母液TCL-≥90tt)CO2 25—27tt(冷母液CO2 40—45tt)SO42- 0.65—1.95tt其他物性与状态参数:T温度热母液 60—65℃冷母液 27—32℃r密度 1135kg/m3C P比热 3.43kJ/kg.K(0.82kcal/kg.K)母液有以下几个来源:(1)重碱过滤机出来的滤液(冷母液);(2)煅烧炉气冷凝液(淡液);(3)在母液洗涤塔中由炉气带入母液中的炉气冷凝水;(4)其他:生产中需回收处理的残液;过剩的过滤洗水;检修设备放出的存液;在杂水沟槽中收集的含氨杂水;还有与全系统损耗的氨量相当的补充氨水等等。
(二)氨气冷凝液主成分及物性参数:氨冷却器凝缩液:它是蒸氨气体最终被冷却到吸氨工艺要求时,凝缩所得的高浓度含氨液体,一般体积当量为0.45—0.85m3/t左右;它的组分取决于冷凝温度。
大体组分为:游离氨FNH3 100-200tt 二氧化碳CO2 80-160tt总氯TCL- 0.1-0.2tt 体积当量0.45-0.85m3/t温度 58-75℃密度 1.050-1.10t/m3(三)炉气冷凝液主成分及物性参数:炉气冷凝液的大体组分为:游离氨FNH3 24-30tt 碱份Na2CO3 10-20tt二氧化碳CO2 50-60tt 氯化钠NaCL 0.1-0.2tt体积当量V冷 0.5-0.6m3/t 温度 55-65℃密度 1.04-1.06t/m3(四)石灰乳主成分及物性参数:石灰乳是以固体Ca(OH)2为主要成分的悬浮液。
主成分:有效的(或活性的)Ca (OH)2 150—170tt;其他物性参数:T温度 70—90℃ r密度 1240kg/m3 C P比热3.46KJ/kg.K(0.826Kcal/kg.K)石灰乳中,还有一些活性差的Mg(OH)2,未分解的CaCO3以及少量硅(铁、铝)酸钙等杂质。
有效CaO的含量与石灰窑煅烧作业情况(是否出现生烧或过烧)有关,也与石灰消化时加水量及洗涤回收的细灰乳掺兑量有关。
石灰乳当量为2.3—2.5m3/t碱,它与母液当量的增减,母液CNH3 含量的变化以及废液过量灰的控制有关。
上部加热蒸馏段出来的预热母液CO2含量也对石灰乳耗量有一定的影响。
石灰乳温度一般为80—90℃左右。
如果善于利用最热的换热器出水进行消化,灰乳温度可以提高到85℃以上,这样将改变蒸氨物系的热平衡状态,有利于降低蒸汽的耗量,因此,一般碱厂在设计时大多采用蒸氨冷凝器出水到石灰化灰的工艺。
三、蒸馏、精馏和蒸氨过程的气液平衡蒸馏是分离液体混合物的一种典型的化工单元操作,利用液体混合物中各组分挥发度的不同,来达到分离的目的。
如:NH3-H2O-CO2系统,NH3、H2O、CO2挥发度相差很大。
蒸馏是属于传热、传质(扩散)过程;蒸馏也称为分离操作。
蒸馏可按不同的方法来分类:1、按操作方式分为:①间歇操作;②连续操作。
2、按流程不同来分为:①简单蒸馏(主要用于分离易分离的组分);②精馏(主要用于分离难分离的组分);③特殊精馏(主要用于很难用一般方法达到的蒸馏);包括:A、反应精馏(化学反应与精馏过程同时在塔内进行,如蒸氨过程);B、萃取精馏(加第三或其他组分萃取剂来进行的蒸馏)。
3、按操作压力分为:①常压操作:在标准大气压下进行的操作。
②加压操作;③减压操作;④真空蒸馏等。
氨的分解反应均是吸热反应,又是生成物体积增大的反应,其过程伴随着水蒸汽的冷凝液及CO2、NH3的气化,所以反应所能达到的完全程度与反应速度取决于是否有较高的温度与较低的压力,也取决于母液的组成,主要是其主成分CO2与NH3的含量。
阶段反应的生成物NH4OH(或溶态NH3)的存在,并继续留在溶液中,对CO2的脱吸有不利的影响。
此外,溶于母液的稳定盐NH4CL与NaCL的影响是,NH4CL的存在可使CO2解吸反应向右方转移,有助于CO2加快转入气相。
NaCL的存在,则可将低水蒸汽的压力,使溶液沸点升高。
要使分解反应的平衡向右移动,要不断地将反应生成物移走,故母液蒸馏不用加热釜间壁传热的方法,而采用通入与液体直接接触的蒸汽流。
蒸汽流的作用,首先是供热作用,蒸汽冷凝时大量放热,提供了反应所需的反应热,并程使生成的CO2与NH3得到能量而活化,因而脱离液体表面而被置换出来。
其次蒸汽流还起着减压蒸馏的作用,蒸汽的大量存在,使气相中NH3与CO2的实际分压低于溶液上面两者的平衡分压,才使NH3与CO2在两相间的质量传递获得较大的推动力。
更重要的一点是,碳酸铵盐的分解与CO2的分离的程度与反应速度更取决于装置的好坏,诸如流程的合理及设备结构的完善程度。