化工工艺学 第十一章-纯碱和烧碱
化工工艺学(本科)习题
1. 合成氨1什么是间歇制气法？2以煤为原料的半水煤气制备过程中，大多采用间歇法制气的原因是什么？如何才能使生产连续化？答：半水煤气中(CO+H2)/N2为3.1—3.2,由反应过程可以看出，以空气为气化剂时，可得含N2的吹风气，以水蒸汽为气化剂时，可得含H2的吹风气。
从气化系统的热平衡看，碳和空气反应是放热的，碳和水蒸气反应是吸热的，如果外界不提供热源，而是通过前者的反应热为后者提供反应所需的热，并能维持系统自热平衡的话，是不可能获得合格组成的半水煤气，反之，欲获得合格组成的半水煤气，该系统就不能维持系统的自热平衡。
为了解决供热和制备合格半水煤气这一矛盾，采用间歇制气法。
采用富氧空气（或纯氧）气化法和外热发能使生产连续化。
3间歇式制取半水煤气一个工作循环要分为几个阶段？各阶段的作用及时间分配的原则是什么？答：①吹风阶段，煤气发生炉底部吹入空气，作用是提高燃料层的温度，吹风气放空②上吹制气阶段，水蒸气由炉底送入，经灰渣层预热，进入气化层进行气化。
4气态烃蒸汽转化为什么要采用两段法？是如何操作的？5在天然气蒸汽转化系统中，水碳比从3.5～4.0降至2.5，试分析一段炉可能出现的问题及其解决办法．答：水碳比下降，一段转化炉出口气残余甲烷含量将不能达到所需要求的10％，解决方法是需要提高出炉气体温度，但不要太高，需视转化压力的不同而有所区别，转化压力低，出口温度可稍低，转化压力高，出口温度宜稍高，相应可采用较大的空速。
6试分析烃类蒸汽转化过程中加压的原因和确定操作温度的依据。
答：1）①节约动力消耗②提高过量蒸汽的热回收价值③减小设备容积，降低投资费用。
2）一段转化炉出口温度是决定转化出口气相组成的主要因素，需视转化压力的不同而有所区别，转化压力低，出口温度可稍低，转化压力高，出口温度宜稍高。
3）二段转化炉的出口温度可按压力、水碳比和残余甲烷含量小于0.5％的要求，以20—45℃的平衡温距来选定，压力变大，水碳比变小，出口温距则相应提高。
化工基础概论第十一章纯碱与烧碱
11.1.2.3联合法制纯碱和氯化铵
由于氨碱法存在上述缺点，有必要加以研究改进。比较理想的解决办法是，以 食盐、合成氨及生产合成氨过程中含有二氧化碳的气体为原料，同时生产纯碱 和氯化铵肥料，即将氨碱两大工业联合，简称联碱法，因其母液循环使用，又 称循环法。
11.2氨碱法生产纯碱
11.2.1石灰石的锻烧 11.2.2石灰乳的制备 11.2.3氨盐水的制备 11.2.4氨盐水的碳酸化 11.2.5重碱的过滤和煅烧 11.2.6氨的回收
11.1.2.2氨碱法
1、二氧化碳气和石灰乳的制备：将石灰石在 940~1200℃在煅烧窑内分解，得到 氧化钙和二氧化碳气体，氧化钙加水制成氢氧化钙乳液。
CaCO3 = CaO + CO2↑ CaO + H2O = Ca(OH)2 2、精盐水的制备：将原盐溶于水制得饱和食盐水溶液。由于盐水中含有 Ca2+、 Mg 2+等杂质离子，它们会影响后续工段的正常操作，所以盐水溶液必须精制。 3、氨盐水的制备：精制后的盐水溶液吸氨制备含氨的盐水溶液。
2 NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + 2CO2↑ 6 氨的回收：碳酸化后分离出来的母液中含有氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵等，需要将氨回 收循环使用。
2 NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2 NH3↑+ 2 H2O 氨碱法具有原料来源方便，生产连续，产量大，成本低等优点，但排出的氯化钙废渣没有 出路，造成大量堆积而引起公害，食盐总利用率低（不到 3０％）、工艺流程长而复杂。
Mg2+ + Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓+ Ca2+ 除镁后的盐水称为“一次盐水”。其中的 Mg2+虽然除去了，但却增加了等物质的 量的 Ca2+，故需第二步除钙。 石灰-碳酸铵法是以碳化塔顶含 NH3 和 CO2 的尾气处理“一次盐水”，以析出溶 解度极小的碳酸钙。 而石灰-纯碱法是向“一次盐水”中加入 Na2CO3 进行除钙。
化工工艺学烧碱
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由于磺酸基团具有亲水性，在溶液中膨胀，使膜体
结构变松，形成许多微细弯曲通道。活性基团中的 对离子（Na+)可与水中的Na+进行交换并透过膜， 与阴极室的OH-生成NaOH。同时，活性基团中固定 离子（SO3-）具有排斥Cl-和OH-能力，使他们没法 通过膜，可获得高纯度NaOH。
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（1）原料易得 （2）能源消耗大 （3）氯与碱的平衡 （4）腐蚀和污染严重
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第二章 电解制碱原理
2.1 电解过程
电解过程是将电能转化 为化学能的过程。过程不能 自发进行，电解方法强制进 行。溶液中离子产生定向移 动，阴离子向阳极，阳离子 向阴极，发生氧化还原反应 。这种通过电流使电解质水 溶液产生的化学反应称为电 化学反应。
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苛化法生产过程分为：化碱、苛化、澄清、蒸发等四 个工序。在19世纪末电解法出现之前，苛化法一直是 世界上生成烧碱的主要方法。
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电解法及发展概况
隔膜法
隔膜法于1890年在德国首先出现，随后
1892年水银法电解槽在美国取得专利。
电
隔膜法：石墨或金属为阳极，铁为阴极。两
解
极间用隔膜将溶液分开。
解食盐水时，等于阳极析出氯电位与阴极析出氢之差。
计算：能斯脱方程或吉布斯－盖姆荷茨方程
吉布斯－盖姆荷茨方程计算V理
V理=△H/nF+（dF/dT)T 式中 △H－反应热效应，隔膜法和离子膜法电解氯化钠
水溶液时为221.08kJ； T—绝对温度，K； n －电极反应得失电子数； F －法拉第常数（96500C）； dF/dT电动势温度系数，为-0.0004（V/K）
NaOH ； Cl － 离 子 则 在 阳 极 表
纯碱和烧碱的区别
纯碱和烧碱的区别纯碱和烧碱的区别你知道在哪里吗？一起来了解一下吧。
下面是店铺给大家整理的纯碱和烧碱的区别，供大家参阅!纯碱和烧碱的区别1，名称及化学式的区别：(1)纯碱为：碳酸钠，化学式Na₂CO₃。
(2)烧碱为：氢氧化钠，化学式为NaOH。
2，理化性质的区别：(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，用途上的区别：(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下列生产过程：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。
纯碱制备烧碱的化学方程式
纯碱制备烧碱的化学方程式
烧碱，学名氢氧化钠(NaOH)，又称纯碱，是一种重要的化工原料，广泛应用于冶金、纺织、造纸、医药、轻工等领域。
烧碱的制备过程
主要涉及到碳酸钠和氢氧化钙的反应。
下面将详细介绍烧碱的化学方
程式。
首先，烧碱制备的主要原料是碳酸钠(Na2CO3)和氢氧化钙
(Ca(OH)2)。
在制备的过程中，碳酸钠溶液与氢氧化钙混合反应，生成
氢氧化钠和碳酸钙(CaCO3)。
具体的反应方程式如下所示：Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3
在上述方程式中，碳酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠和碳酸钙。
其中，氢氧化钠即为我们常说的烧碱，而碳酸钙则是反应的副产物之一。
此外，烧碱的制备过程中还伴随着气体的释放。
具体而言，这是由
于碳酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠的同时，也释放二氧化碳气体。
因此，实验室或工业生产中需要注意对气体的处理和收集。
总的来说，烧碱的制备过程是一个化学反应过程，需要严格控制反
应条件和原料质量，以保证产品质量和生产效率。
烧碱在各个行业中
都有着重要的应用，因此对其制备工艺的研究具有重要意义。
愿本文
对烧碱制备的化学方程式有所帮助。
纯碱和烧碱生产技术
纯碱和烧碱生产技术《纯碱和烧碱生产技术》嘿，朋友们！今天咱们来聊聊纯碱和烧碱的生产技术。
你们知道吗，纯碱这东西，在咱们的生活里那可是到处都有它的影子。
生产纯碱的办法可有不少呢！比如说，有一种常见的方法叫氨碱法。
这个过程就像是一场奇妙的化学魔法。
先把氯化钠溶液弄好，然后加上氨气和二氧化碳，经过一系列的反应和变化，神奇的纯碱就慢慢出现啦！而且在这个过程中，还会产生一些副产品，也都能派上用场。
还有一种方法叫联合制碱法，这个就更厉害了！它把生产纯碱和氯化铵结合起来，提高了效率，还减少了浪费。
纯碱的生产可不简单，需要好多精细的操作和控制。
从原材料的选择，到反应的条件，再到最后的分离和提纯，每一步都得小心翼翼，就像呵护小宝宝一样。
不过呢，正是因为有了这些复杂又厉害的生产技术，咱们才能用到各种各样的纯碱产品，让生活变得更加方便和美好。
怎么样，是不是觉得很神奇呀？《纯碱和烧碱生产技术》亲爱的小伙伴们，咱们接着唠唠纯碱和烧碱的生产技术。
烧碱这玩意儿，用处可大着呢！化工厂里离不开它，造纸厂也需要它。
那它是怎么生产出来的呢？其中一种常见的方法是电解食盐水。
想象一下，把食盐水放进电解槽里，通上电，就像给它注入了一股神奇的力量。
钠离子和氯离子在电场的作用下开始运动，然后烧碱就被生产出来啦。
这个过程听起来是不是挺酷的？但实际操作可不容易哦！要控制好电流、电压，还有电解槽的温度、压力等等。
稍微有一点不对，可能就得不到高质量的烧碱。
而且，生产烧碱的时候，还要注意安全，毕竟这是和电打交道。
另外，还有通过化学方法来生产烧碱的。
不过不管哪种方法，都需要工人们的精心操作和严格把控。
纯碱和烧碱的生产技术不断在进步，变得更加高效、环保。
这可都是科学家和工人们努力的结果呀！希望以后能有更厉害的技术，让咱们的生活因为它们变得更加精彩！。
纯碱制烧碱的化学方程式
纯碱制烧碱的化学方程式纯碱制烧碱的化学方程式烧碱是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、纺织、皮革、橡胶、电子、化肥等众多工业领域。
而烧碱的生产则有多种方法，其中纯碱制烧碱是最为常见的一种。
下面，我们就来详细介绍一下纯碱制烧碱的化学方程式。
纯碱制烧碱的原理纯碱制烧碱是通过氢氧化钠在高温下分解发生碳化反应，生成氧化钠和一氧化碳，再通过氧气氧化生成氧化钙，最终与水反应生成烧碱。
纯碱制烧碱的化学方程式纯碱制烧碱的化学反应方程式如下：2NaOH → Na2CO3 + H22Na2CO3 + O2 → 2Na2O + 2CO2Na2O + H2O → 2NaOH这个方程式可以分成三个步骤：第一个步骤：氢氧化钠分解在300℃~400℃的温度下，氢氧化钠会发生碳化反应，生成氧化钠和一氧化碳。
2NaOH → Na2CO3 + H2第二个步骤：氧化钠还原产生的氧化钠和氧气在高温下反应，生成二氧化碳和氧化钙。
2Na2CO3 + O2 → 2Na2O + 2CO2第三个步骤：氧化钙水解氧化钙会与水反应生成氢氧化钠，最终得到烧碱。
Na2O + H2O → 2NaOH这三个步骤就是纯碱制烧碱的化学反应过程。
在实际生产中，还需要考虑到反应温度、反应时间、反应压力等因素的控制，才能保证生产出高质量的烧碱。
总结纯碱制烧碱是一种重要的生产技术，其化学反应方程式为2NaOH →Na2CO3 + H2，2Na2CO3 + O2 → 2Na2O + 2CO2，Na2O + H2O → 2NaOH。
这个方程式可以分为三个步骤，分别是氢氧化钠分解、氧化钠还原和氧化钙水解。
在实际生产中，需要控制多个因素，才能得到高质量的烧碱。
纯碱制作烧碱比例
纯碱制作烧碱比例烧碱是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃制造、纺织工业、医药制造等领域。
而纯碱是制作烧碱的关键原料之一。
本文将介绍以纯碱制作烧碱的比例，以及其中的一些关键步骤和注意事项。
我们需要了解纯碱和烧碱的定义和特点。
纯碱，化学名为氢氧化钠，化学式为NaOH，是一种无色结晶体，具有强腐蚀性。
烧碱，化学名为碳酸钠，化学式为Na2CO3，是一种白色结晶体，常温下为无臭无味的粉末。
在以纯碱制作烧碱的过程中，需要控制好纯碱和其他原料的比例，以确保最终产品的质量。
一般来说，制作烧碱的比例为1：1.1，即纯碱和其他原料的摩尔比为1：1.1。
这个比例是经过实验验证的，能够得到较好的烧碱产量和质量。
制作烧碱的过程包括碳化和煅烧两个主要步骤。
碳化是指将纯碱与其他原料混合后进行高温反应，生成氧化碳和碳酸盐的过程。
煅烧是指将碳化后的产物进行高温处理，使其分解为烧碱和二氧化碳的过程。
在进行碳化反应时，需要控制好反应温度和时间。
一般来说，碳化反应的温度在800℃左右进行，反应时间为2-3小时。
这样可以确保反应充分进行，产生较高的碳酸盐产量。
煅烧是制作烧碱的关键步骤之一。
在进行煅烧时，需要控制好温度和时间，以及煅烧过程中的气氛。
一般来说，煅烧温度在1000℃左右进行，煅烧时间为2-3小时。
此外，煅烧过程中需要保持适当的氧气供应，以促进二氧化碳的释放和烧碱的生成。
在制作烧碱的过程中，还需要注意一些其他事项。
首先，要确保所使用的原料和设备的质量和纯度。
原料的质量和纯度直接影响着最终产品的质量。
其次，要控制好反应过程中的温度和压力，以及反应容器的密封性。
这样可以避免产生不良反应和安全事故。
总结起来，以纯碱制作烧碱的比例为1：1.1。
制作烧碱的过程包括碳化和煅烧两个主要步骤，需要控制好温度、时间和气氛。
此外，还需要注意原料和设备的质量和纯度，以及反应过程中的温度、压力和容器密封性。
通过合理控制这些因素，可以获得高质量的烧碱产品，满足各个行业的需求。
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第11章 纯碱和烧碱
Chapter 11 Soda ＆ Caustic Soda
化学工程与工艺专业
第11章 纯碱和烧碱 Soda and caustic soda
11.1 纯碱 11.2 电解制烧碱和氯
第一节 纯碱
1.1 概述 1.2 氨碱法制纯碱 1.3 联合制碱法生产纯碱和氯化铵
精制的目的：将粗盐中所含杂质如Ca盐和Mg盐 等除去。因为在吸收氨和碳酸化过程中，可能生 成氢氧化镁和碳酸钙沉淀，使管道堵塞或影响产 品质量。
先加入石灰乳使镁离子变成钙离子： Mg2+ + Ca(OH)2(s) = Mg(OH)2(s) + Ca2+
除钙可用下列两法之一： 2NH3 + CO2 + H2O +Ca2+ = CaCO3(s) + 2NH4+
侯德榜(1890-1974)，字致本，名启荣， 著名化学家，“侯氏制碱法”的创始 人。他为祖国的化学工业事业奋斗 终生，并以独创的制碱工艺闻名于世 界，像一块坚硬的基石，托起了中国 现代化学工业的大厦，被称为“国 宝”。
生产方法
1、氨碱法生产纯碱 2、联碱碱法生产纯碱（侯氏法） 3、路布兰法（图1） 芒硝制碱法（图2） 4、天然碱加工提纯制纯碱（图3）
一、 纯碱的性质 ➢纯碱，又叫碳酸钠，俗称“苏打” Na2CO3
➢相对分子量（或原子量） 105.99 1、密 度 2.532kg/dm3 2、熔 点 851℃ 3、性 状 白色粉末或细粒 4、溶解情况 易溶于水，水溶液呈碱性。不溶于乙 醇、乙醚。 5、其 他 吸湿性强，能因吸湿而结成硬快。
二、纯碱的用途
利用的，可由下列反应回收：
NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O
反应需要的CO2主要由煅烧石灰石得到，煅烧碳 酸氢钠时也可回收一部分。
1.2 氨碱法制纯碱
1.2.1 氨碱法的生产原理
石灰石煅烧 CaCO3 = CaO + CO2 CaO +H2O = Ca(OH) 2
2NaCl+ H2SO4=Na2SO4+2HCl NaSO4+2C =Na2S+2CO2
缺点：原料利用低，质量差，成本高，间歇生产
Na2S+CaCO3 = Na2CO3 + CaS
图1 路布兰法生产纯碱流程图
图2 水蒸气还原芒硝制纯碱流程
图3 天然碱加工提纯制纯碱流程
1.2 氨碱法制纯碱
1861年比利时人苏维尔提出 此法。
1.1 概述
国内纯碱概况
目前，我国共有50家左右的纯碱厂, 以氨碱 法为主，联碱法和天然碱并存。
2002年国内纯碱的总生产能力达到1030万吨 /年,产量为1018.9万吨
2003年，我国纯碱产量达到1101万吨，首次 超过美国居世界第一位。
2004年国内纯碱总产量1267万吨 2005年将达到1350万-1370万吨
用多个塔外水冷器冷却。使塔中部温度为60℃， 底部为30℃ 。
副反应有与钙镁离子反应生成沉淀的反应。
吸氨的主要设备是吸氨塔，其
结构如图。
二
氨从中部引入，引入处反 次
应剧烈，温升大，所以部
盐 水
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。
氨
澄清桶的目的是除去少量
钙镁盐沉淀，达到杂质含
纯碱是一种大吨位化工原料，用途 极其广泛
• 制造玻璃 • 制肥皂 • 硬水变软水 • 石油和油类的碱精制 • 冶炼工业上的应用 • 化学工业上的应用 • 洗涤、印染、漂白及其他
三、生产方法
历史：
18世纪以前，天然碱、草木灰→ 1791年路布兰法 （食盐+硫酸）→1861年氨碱法（苏维尔法）→ 1942联合制碱法（制碱泰斗侯德榜） ，纯碱与肥 料联合生产。
Na2CO3 + Ca2+ = CaCO3(s) + 2Na+
石灰-氨-CO2法
石灰-纯碱法
两种除钙方法比较
☆氨法 可用尾气中的氨，省原料，但 生成的氯化铵对碳酸化过程不利。
☆纯碱法：用产品碱去除钙虽损耗了 部分产品，但没有氯化铵生成，对 后续工序碳酸化有利。
用氨的除钙塔基本构造如右图。 气体从塔底经菌帽齿缝后与溶液充
澄清桶
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。
图 4.7
(3) 氨盐水的碳酸化
碳酸化过程的反应机理分为三步： ① 氨盐水先与CO2反应生成氨基甲酸铵 ② 氨基甲酸铵水解生成碳酸氢铵 ③ 碳酸氢铵与钠离子反应生成碳酸氢钠
① 氨盐水先与CO2 反应生成氨基甲酸铵
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。
除钙塔基本结构
(2) 吸氨
吸氨过程的主要反应为：
NH3 + H2O = NH4OH
H = -35.2kJ/mol
2NH35.2kJ/mol
反应放热较多，每kg氨吸收成氨盐水可放热 4280kJ。如不及时移走，可使系统温度升高95℃。 温度升高，氨分压增加，对吸收过程不利。故要
原料：食盐，石灰石，焦炭， 氨。
优点：原料来源方便，质量 好，成本低，连续生产。
1.2.1 氨碱法的生产原理
主要化学反应
NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 (s)+ NH4Cl 生成的碳酸氢钠煅烧分解后可得纯碱：
2NaHCO3 (s) = Na2CO3 (s)+ CO2 + H2O
1.2.2 氨碱法的工业生产
1. 氨碱法的生产流程
主要分为石灰煅烧制CO2、盐水预处 理、吸收制氨盐水、碳酸化、氨的回 收、煅烧制纯碱等系统。
氨碱法生产流程如下图
氨碱法原则工艺流程
氨碱法示意流程
饱和食盐水的精制
Ca(OH)2 氨的回收 NaHCO3
石灰煅烧制CO2
炉 气
氨碱法制纯碱流程
(1) 饱和盐水的制备和精制
碳酸化 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 （s）↓
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl
煅烧和氨的回收
2NaHCO3=NaCO3+CO2↑+H2O↑
Ca(OH)2 +NH4Cl = CaCl2+H2O +2NH3 NH3回收利用
反应需要的CO2主要由煅烧石灰石得到，煅烧碳酸氢钠时也可回收 一部分。