純堿(蘇打)是如何生產(chǎn)出來的

 

純堿，又名蘇打，學(xué)名為碳酸鈉，化學(xué)式為Na2CO3，是一種非常重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于制造玻璃、冶煉金屬、印染、洗滌等方面。那么純堿是怎么制備出來的？想知道純堿的制備工藝嗎？

制備純堿最為著名的技術(shù)有兩種。一種是氨堿法制純堿，由比利時人索爾維研制，又名索氏制堿法，另一種是聯(lián)合制堿法，由我國的侯德榜先生研制，又名侯氏制堿法。  

這兩項(xiàng)技術(shù)原理相同，總反應(yīng)方程式為：

從原理反應(yīng)中，可以看到，反應(yīng)原料有四種，分別是NaCl、NH3、H2O 和 CO2 。但兩項(xiàng)技術(shù)的原料獲取方式不同。

氨堿法 

原料鹽（NaCl）和水，可以直接獲取。 

原料CO2 來源于是煅燒石灰石。

產(chǎn)生的CaO可以用來回收NH4+ （NH4Cl），實(shí)現(xiàn)NH3的循環(huán)使用。

原料氨可以循環(huán)利用。 

優(yōu)點(diǎn)：

1、原料石灰石、鹽（NaCl）、水，價格便宜，易于獲取。

2、另一原料氨，可以循環(huán)利用，損傷較少。

3、能夠大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，易于機(jī)械化，自動化，可得到較高質(zhì)量的純堿。

缺點(diǎn)：

1、原料利用率低，造成大量含有Cl-的廢液排出，嚴(yán)重污染環(huán)境。

2、蒸餾以回收氨，需設(shè)置蒸氨塔，消耗大量的蒸汽和石灰，從而造成流程長，設(shè)備龐大和能量上的浪費(fèi)。 

工藝主要過程

1、CO2 氣體和石灰乳的制備。煅燒石灰石制得石灰和二氧化碳，將石灰入水得石灰乳。

2、鹽水的制備、精制及氨化，制氨鹽水。

3、氨鹽水的碳酸化制重堿。來自石灰石煅燒及重堿煅燒的CO2，經(jīng)壓縮、冷卻送至碳化塔。

4、重堿的過濾及洗滌（即碳化所得晶漿的液固分離）。

5、重堿煅燒制得純堿成品及CO2。

6、母液中氨的蒸餾回收。

下面為大家詳細(xì)介紹。

1，石灰石煅燒與制備石灰乳

石灰窯圖解

CO2是由煅燒石灰石得到的，反應(yīng)簡單但工業(yè)過程并不容易。

生產(chǎn)上為了保證反應(yīng)速度，溫度比計(jì)算的略高，窯內(nèi)溫度范圍940-1200°C。溫度太高，可能結(jié)疤影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，或生成“過燒石灰”也不利。 

煅燒石灰石得到的CaO先與水反應(yīng)生成氫氧化鈣。實(shí)際生產(chǎn)中氫氧化鈣是過飽和的，是溶液與未溶解固體的混合物，稱為石灰乳。要求石灰乳較稠為好，這樣對蒸氨過程有利。但太稠了粘度大，易堵塞管道。其在水中溶解度很低，且隨溫度升高而降低。

2，飽和食鹽水制備和精制

目的： 是將粗鹽中所含雜質(zhì)如Ca鹽和Mg鹽等除去，因?yàn)樵谖瞻焙吞妓峄^程中，可能生成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，使管道堵塞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。

方法： 先加入石灰乳使鎂離子變成鈣離子：

除鈣可用下列兩法之一：

A（石灰塔氣法 ）和B（石灰純堿法）

3，鹽水吸氨制氨鹽水

吸氨過程的主要反應(yīng)為：

反應(yīng)放熱較多，每千克氨吸收成氨鹽水可放熱4280kJ。如不及時移走，可使系統(tǒng)溫度升高到90℃以上 。溫度升高，氨分壓增加，對吸收過程是不利的。所以要用多個塔外水冷器冷卻。使塔中部溫度為60 ℃ ，底部為30 ℃。 副反應(yīng)有與鈣鎂離子反應(yīng)生成沉淀的反應(yīng)。

吸氨的主要設(shè)備是吸氨塔。氨從中部引入，引入處反應(yīng)劇烈，溫升大，所以部分吸氨液循環(huán)冷卻后繼續(xù)。上部各段都有溶液冷卻循環(huán)以保證塔內(nèi)溫度。澄清桶的目的是除去少量鈣鎂鹽沉淀，達(dá)到雜質(zhì)含量少于0.1kg/m-3的標(biāo)準(zhǔn)。操作壓力略低于大氣壓，減少氨損失和循環(huán)氨引入。

4，氨鹽水的碳酸化

碳酸化過程分為三步：氨鹽水先與CO2反應(yīng)生成氨基甲酸銨，然后再水解生成碳酸氫銨，再與鈉離子反應(yīng)生成碳酸氫鈉。

氨鹽水碳酸化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放熱量不大，但是要注意冷卻才能保證反應(yīng)正常進(jìn)行。

氨鹽水進(jìn)塔溫度約30~50 ℃，塔中部溫度升到60 ℃左右，中部不冷卻，但下部要冷卻，控制塔底溫度在30 ℃以下，保證結(jié)晶析出。

溫度條件中注意碳化塔中部溫度高些。其原因是一方面反應(yīng)本身有一些熱量放出，另一方面主要是考慮結(jié)晶初期溫度高一點(diǎn)對晶粒長大有利，可形成較大晶體以利過濾。同時冷卻速度不宜過快，過快可能形成結(jié)晶漿，難于過濾分離。

生產(chǎn)中要注意清洗堵塞的結(jié)晶及雜質(zhì)沉淀。往往一塔生產(chǎn)，另一塔清洗。用新鮮氨鹽水和CO2使結(jié)晶生成碳酸鹽溶解除去。

5，氨的回收

氨堿法生產(chǎn)純堿時，氨是循環(huán)利用的。因此要將母液中的氨鹽分解以回收氨。此過程稱為蒸氨過程。

實(shí)際操作過程中還應(yīng)注意加熱段與石灰乳蒸餾段連接處。因加熱后液體基本無游離氨，平衡氨分壓接近零。而下部來的氣體氨含量高，所以有部分氨反而要溶于液體中，加熱段并不能完全將游離氨除凈。

6，重質(zhì)純堿的制造

過濾：分離晶漿中懸浮的固相NaHCO3 (45~50%)，在過濾 的同時進(jìn)行洗滌，把重堿中殘留的母液洗去，并進(jìn)行脫水，使重堿含水量降低。 

所得到的粗重堿的組分一般為下圖所示：

煅燒后，首先驅(qū)出游離水分，然后進(jìn)行碳酸氫銨和碳酸氫鈉的分解，獲得產(chǎn)品NaCO3。

重堿煅燒反應(yīng)方程式：

重堿煅燒的工藝流程

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