纯碱生产工艺的毕业论文

索尔维制碱法与侯氏制碱法（也叫做氨碱法与联碱法） 无水碳酸钠，俗名纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料，还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。 一、氨碱法（又称索尔维法） 它是比利时工程师苏尔维（1838～1922）于1892年发明的纯碱制法。他以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl 将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO＋H2O＝Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O其工业生产的简单流程如图所示。 氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子（Na＋）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32－）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl－）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2＋）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。 二、联合制碱法（又称侯氏制碱法） 它是我国化学工程专家侯德榜（1890～1974）于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。其化学反应原理是：C＋H2O＝CO＋H2 CO＋H2O＝CO2＋H2 联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。其工业生产的简单流程如图所示。 联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到96％以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品——纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl－）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。

纯碱是最重要的基础化工原料之一,被称为“化工之母”,其产量和消费量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。本文从目前我国纯碱企业的发展现状着手,分析纯碱企业的存在问题,并对纯碱企业的发展提出一些建议,仅供参考。1纯碱工业的基本概况近年来,与中国经济在全球经济中呈现出一枝独秀一样,中国纯碱也在全球纯碱中发挥起越来越重要的作用,产能和需求的强劲增长,使全球纯碱产能和需求分别突破徘徊多年的45Mt和35Mt,到2003年底,世界纯碱的总产能约为,实际产量可达,而且在未来的几年间,世界纯碱的产能和需求仍…

工业制烧碱：氯碱工业--电解饱和食盐水，方程式：2NaCl+2H2O==2NaOH+Cl2+H2 (条件：电解) 制纯碱（Na2CO3）:侯氏制碱法向饱和食盐水里通二氧化碳和氨气 CaCO3==CaO+CO2（制CO2） N2+3H2==2NH3（工业合成氨） NaCL+NH3+CO2+H2O==NaHCO3+NH4CL（制纯碱的关键步走） 2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2（得到纯碱）

以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl 将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。

氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子（Na＋）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32－）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl－）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2＋）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。

我国纯碱工业循环经济观状分析纯碱工业的生产过程为重工业性质，产量规模大，生产流程长，化工单元多，为我国化学工业的耗能大户。经过多年的不懈努力，随着化学工业的发展和技术进步，宏观上通过产业结构和布局调整，微观上企业通过节能降耗、提高资源利用效率，以及对生产过程中产生的废物进行综合利用等方面，纯碱工业在生产工艺水平和污染控制等方面都有了实质性的进展。 循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。我国纯碱工业经过近80多年的发展，无论在发展循环经济的宏观层面上还是微观层面上都取得了不错的效果，本文总结了我国纯碱行业发展循环经济的现状。 1 产业结构现状 近年来，随着国民经济的高速发展，我国的纯碱工业也取得了长足的进步。2005年全国生产纯碱1 410万t，为世界纯碱生产的第一大国。由于我国纯碱产能分布在不同规模的纯碱生产企业之中，与世界纯碱强国美国及欧洲纯碱企业相比，我国纯碱企业规模相对偏小。多数小企业技术水平落后、消耗高、产品质量低；三废排放量大，废弃物未得到合理利用，造成一定的环境污染。因此纯碱生产企业偏小对我国纯碱行业的整体竞争力有所影响，加快我国纯碱企业产业结构调整对我国由纯碱大国转化为纯碱强国、在纯碱企业中推动循环经济的进展具有重要的作用。 2 “三废”排放及处置情况 氨碱法纯碱生产污染物产生及处置方法 1)盐水精制工序。盐水泥产生量约碱，其中含固体渣约60 kg/t碱(干基)。固形物中硫酸钙约，碳酸钙约，氢氧化镁约，其他还包括酸不溶物，混合氧化物，其他。分离后用于生产碳酸钙、氢氧化镁和氧化镁。 2)石灰石煅烧工序。石灰石煅烧制取含二氧化碳的窑气，窑气需经洗涤塔、电除尘器、冷却塔除尘、降温，送往碳化车间制碱。洗涤水产生量约8 m3/t纯碱，其中含有粉尘、煤焦油等物，由于石灰石、焦炭或白煤质量等原因，不可避免产生一些沙石等杂物，分离后，可用于建筑铺路等。 3)蒸吸氨工序。蒸氨过程产生蒸馏废渣液，蒸馏废渣液经澄清或压滤废清液排放，固态渣堆存。蒸馏废渣液约10 m3/t碱，含固体废渣约200-300kg(干基)。经澄清等方式处理后，废清液pH值一般在之间，其中含NaCl约55g/L、CaCl2约100g/L、氨约70mg/L左右，废清液可用于生产氯化钙生产及副产盐等，但其固相物处理的难度较大，用碱渣做建筑材料，纯碱行业已进行了30多年的研究，现已生产化，但与目前的排放量相比，所占比重太小。不能从根本上解决问题。碱渣的第二条出路是以碱渣为基础，覆盖土种树绿化，建设碱渣山公园。现已在天津碱厂完成。 4)蒸氨冷凝液、重碱煅烧炉气冷凝液及设备的清洗、检修、泄漏等造成含氨浓度高的母液进行淡液蒸馏，回收氨后的废淡液进入污水排放系统。 联碱法纯碱生产污染物产生及处置 联碱法纯碱生产从理论上来说，可以实现零排放，但在实际生产过程中，像母液换热器、盐析、冷析结晶器等的清洗均产生含氨废水，设备故障、设备检修、母液贮桶、泵、管线等泄漏等等造成含氨浓度高的母液等进入污水排放系统。联碱生产需要母液平衡，母液一旦失去平衡，就会排放部分母液。解决母液平衡问题，需要很高的工艺管理水平。 我国的联碱工艺在生产中排出少量氨Ⅱ泥，一般对环境污染不大，但我国部分中小联碱企业废水排放量大，氨氮超标，新的纯碱排放标准即将实施，指标要求大幅度提高。大部分企业现有水平难以实现达标排放。 3 能耗、节水和综合利用现状 能耗 索尔维公司纯碱厂能耗被公认为是当今氨碱法能耗世界最好水平，其能耗大致为10 100MJ/t，扣除因能耗统计范围的不可比因素，我国与索尔维工厂相比，差距大致在20%左右。造成这个差距的原因，一是我国氨碱法工厂所用的原燃料质量较差，石灰石、原盐、白煤、焦炭，不仅含杂质多，且粒度不合要求，夹带大量细粉，使动力设备的无用功增加；二是小型企业较多，设备能力偏小，效率低下，且缺乏更加严格、有效的控制手段；三是不注意总图布置与节能的关系，没有充分利用位差来节约能源，造成工厂的先天不足；四是节能技术只在部分工厂使用，尚未配套推广。 联碱法工厂在世界各国不算很多，日本工厂的耗能可作为先进水平，了解到的数字是8 200MJ/t，好于我国四大联碱厂的平均水平，但不如我国单厂最好水平。可以认为，我国联碱法大型工厂的能耗已接近世界先进水平。全行业的节能工作还要继续加强。 节水 2005年联碱企业耗水量超过氨碱企业的耗水量。由于地域不同、节水意识不同，差距非常大。氨碱企业中，耗水量小的企业，吨碱产品耗水12t；耗水量大的企业，每吨纯碱产品耗水30t。 耗水量小的联碱企业，每吨纯碱产品耗水3t；耗水量大的企业，每吨纯碱产品耗水40t。据了解索尔维公司的Bernburg碱厂排水量与我国氨碱企业的平均水平相当。我国耗水量大的联碱企业均位于南方水资源丰富地区，节水意识差。 综合利用 氨碱企业的主要排放物是氨碱废液，对于氨碱废液的回收利用纯碱行业进行了多年的研究可硕果丰厚，如：碱系统的废清液可综合利用于制氯化钙和再制盐；废液晒盐或掺兑晒盐；渣做钙镁多元复合肥；渣作为工程土；蒸氨废渣制水泥；制建筑胶凝材料；渣制脱硫吸收剂；废渣制抹灰砂浆。 联碱企业理论上没有废弃物，但由于生产过程中因工艺流程长、系统母液含氨和氯根，温度较高，设备管线等的腐蚀，造成跑冒滴漏现象，检修频繁，同时设备的周期性清洗、以及倒塔，使部分工艺废水排放。这部分水含有一定的氨，若不回收利用，一方面造成资源浪费，一方面污染环境。联碱企业也想尽办法回收利用这部分含氨淡液。如：将清洗碳化塔水回收入系统；用过程废水冲洗AⅡ泥滤布后进入系统；将联碱系统氯化铵车间外冷、结晶、分离、泵房等工序的含氨杂水回收用于化盐等。 氨氮的集中回收是指将氨氮含量较高的废水集中起来，回生产系统再利用或集中采用蒸馏措施回收氨。这不仅需要投入大量的资金用于铺设管线、动力泵、储罐及蒸馏设备，而更关键是应有母液收缩这一前提，否则回收的杂水加入系统会造成母液膨胀。 将煅烧冷凝塔、洗涤塔、副塔等产生的含氨废水集中后经淡液蒸馏塔蒸馏氨后排放。利用淡液蒸馏塔，回收煅烧工段的淡液和一些含氨杂水，蒸出的混合气体比纯氨气回收困难，易堵塞气体管路，影响设备的连续运行。蒸馏后的废淡液含氨浓度>100mg/L，仍不达标。这种蒸馏仅限于游离氨。 4 典型纯碱企业循环经济发展思路 在纯碱行业，部分企业已经在发展循环经济方面取得了重大的进展。比较显著的有天津碱厂、山东海化集团、湖北双环等企业。 天津碱厂：天津碱厂采用渣场自然澄清方法处理氨碱废液，清液排海、废渣堆存。对盐水泥单独处理，清液回收利用，固体废渣与废液固渣混合制工程土已近尾声，昔日的渣山已变成一座绿草、绿树覆盖着的花园。通过对碱渣山的治理改善了开发区、保税区和天津港的环境，达到了政府规划的“一座环保山，一片平原地”的目标。塘沽区在天津碱厂东侧、天津开发区南侧建设了一座占地32万m2，地表面积36万m2的山体公园。到2003年公园建设共利用碱渣400万m3、拆房土3万m3、石硝10万m3、种植土41万m3，种植乔、灌木树种百余种、4万余株。山体主峰高度为，并由7个景观区形成连续的景观变化，把休闲、纪念、环保、生态与文化有机地结合在一起。或许是国内乃至全世界惟一的利用工业废料建设的环保型公园。 山东海化：公司近年一直在实践建设新型生态工业，纯碱生产中产生的废液、废渣、废气都有所利用。包括：盐水精制过程中产生的一次泥和二次泥用作氢氧化镁和涂料碳酸钙装置原料；利用碳化工段废气和包装车间落地碱作为原料建设年产5万t的小苏打装置；纯碱生产每年产生废液约200多万m3，现已利用纯碱废液已建成和将要建成共年产42万t氯化钙装置等。基本形成了以纯碱为主题，蒸氨废液、落地碱等废物资源化利用为辅助，建立了纯碱生产的循环经济链，实现了经济效益、社会效益和环境效益的共赢。 湖北双环：世界上首例采用壳牌粉煤气技术化，用于合成氨煤造气的油改煤工程，投产后，一方面公司在原料来源得到充分保证，生产成本上大大降低，让公司在与同行的竞争中有足够的优势；另一方面从社会效益角度来看，油改煤非常环保，生产中排放的煤渣、煤灰含碳量都很低，是优质建材原料，废渣用来生产水泥，符合循环经济的大环境。 5 结论和建议 纯碱工业在推动我国化学工业循环经济的发展中肩负着重要使命。在纯碱工业中大力发展循环经济是推进纯碱工业高速发展的重要保证。建议在“十一五”期间，我国纯碱工业发展循环经济的重点应着重于以下方面： 1)搞好产业结构调整，以现有企业扩建为主，适当增大生产规模，满足市场需求，严格控制新建生产装置；鼓励中大型企业通过兼并重组等措施，壮大纯碱企业规模，培育一批具有自主创新能力核心竞争力强的大纯碱企业。 2)发展循环经济，搞好纯碱行业的综合利用和三废治理，加强纯碱循环经济的科研投入，争取在纯碱的废渣综合利用上能有大的突破。 3)纯碱企业应加大技术和设备开发利用；加快淘汰高能耗、高污染、低效益的工艺、技术和设备；在纯碱工业中引进并利用国内外的先进技术和设备。

工业制纯碱（侯氏） NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl（NH4HCO3结晶析出） 2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2（反应条件：加热） 6、工业制氨气 3H2+N2=2NH3 （反应条件：高温高压催化剂作用下） 注：催化剂为铁触媒