纯碱(苏打)是如何生产出来的

 

纯碱，又名苏打，学名为碳酸钠，化学式为Na2CO3，是一种非常重要的化工原料，广泛应用于制造玻璃、冶炼金属、印染、洗涤等方面。那么纯碱是怎么制备出来的？想知道纯碱的制备工艺吗？

制备纯碱最为著名的技术有两种。一种是氨碱法制纯碱，由比利时人索尔维研制，又名索氏制碱法，另一种是联合制碱法，由我国的侯德榜先生研制，又名侯氏制碱法。  

这两项技术原理相同，总反应方程式为：

从原理反应中，可以看到，反应原料有四种，分别是NaCl、NH3、H2O 和 CO2 。但两项技术的原料获取方式不同。

氨碱法 

原料盐（NaCl）和水，可以直接获取。 

原料CO2 来源于是煅烧石灰石。

产生的CaO可以用来回收NH4+ （NH4Cl），实现NH3的循环使用。

原料氨可以循环利用。 

优点：

1、原料石灰石、盐（NaCl）、水，价格便宜，易于获取。

2、另一原料氨，可以循环利用，损伤较少。

3、能够大规模连续生产，易于机械化，自动化，可得到较高质量的纯碱。

缺点：

1、原料利用率低，造成大量含有Cl-的废液排出，严重污染环境。

2、蒸馏以回收氨，需设置蒸氨塔，消耗大量的蒸汽和石灰，从而造成流程长，设备庞大和能量上的浪费。 

工艺主要过程

1、CO2 气体和石灰乳的制备。煅烧石灰石制得石灰和二氧化碳，将石灰入水得石灰乳。

2、盐水的制备、精制及氨化，制氨盐水。

3、氨盐水的碳酸化制重碱。来自石灰石煅烧及重碱煅烧的CO2，经压缩、冷却送至碳化塔。

4、重碱的过滤及洗涤（即碳化所得晶浆的液固分离）。

5、重碱煅烧制得纯碱成品及CO2。

6、母液中氨的蒸馏回收。

下面为大家详细介绍。

1，石灰石煅烧与制备石灰乳

石灰窑图解

CO2是由煅烧石灰石得到的，反应简单但工业过程并不容易。

生产上为了保证反应速度，温度比计算的略高，窑内温度范围940-1200°C。温度太高，可能结疤影响生产正常进行，或生成“过烧石灰”也不利。 

煅烧石灰石得到的CaO先与水反应生成氢氧化钙。实际生产中氢氧化钙是过饱和的，是溶液与未溶解固体的混合物，称为石灰乳。要求石灰乳较稠为好，这样对蒸氨过程有利。但太稠了粘度大，易堵塞管道。其在水中溶解度很低，且随温度升高而降低。

2，饱和食盐水制备和精制

目的： 是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。

方法： 先加入石灰乳使镁离子变成钙离子：

除钙可用下列两法之一：

A（石灰塔气法 ）和B（石灰纯碱法）

3，盐水吸氨制氨盐水

吸氨过程的主要反应为：

反应放热较多，每千克氨吸收成氨盐水可放热4280kJ。如不及时移走，可使系统温度升高到90℃以上 。温度升高，氨分压增加，对吸收过程是不利的。所以要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。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。

4，氨盐水的碳酸化

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。

氨盐水碳酸化反应是放热反应，放热量不大，但是要注意冷却才能保证反应正常进行。

氨盐水进塔温度约30~50 ℃，塔中部温度升到60 ℃左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温度在30 ℃以下，保证结晶析出。

温度条件中注意碳化塔中部温度高些。其原因是一方面反应本身有一些热量放出，另一方面主要是考虑结晶初期温度高一点对晶粒长大有利，可形成较大晶体以利过滤。同时冷却速度不宜过快，过快可能形成结晶浆，难于过滤分离。

生产中要注意清洗堵塞的结晶及杂质沉淀。往往一塔生产，另一塔清洗。用新鲜氨盐水和CO2使结晶生成碳酸盐溶解除去。

5，氨的回收

氨碱法生产纯碱时，氨是循环利用的。因此要将母液中的氨盐分解以回收氨。此过程称为蒸氨过程。

实际操作过程中还应注意加热段与石灰乳蒸馏段连接处。因加热后液体基本无游离氨，平衡氨分压接近零。而下部来的气体氨含量高，所以有部分氨反而要溶于液体中，加热段并不能完全将游离氨除净。

6，重质纯碱的制造

过滤：分离晶浆中悬浮的固相NaHCO3 (45~50%)，在过滤 的同时进行洗涤，把重碱中残留的母液洗去，并进行脱水，使重碱含水量降低。 

所得到的粗重碱的组分一般为下图所示：

煅烧后，首先驱出游离水分，然后进行碳酸氢铵和碳酸氢钠的分解，获得产品NaCO3。

重碱煅烧反应方程式：

重碱煅烧的工艺流程

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