烧碱生产工艺及流程

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1、学习资料 注意保存烧碱（学名氢氧化钠）是可溶性的强碱。纯碱（学名碳酸钠）实际上是个盐， 由于它在水中发生水解作用而使溶液呈碱性，再由于它和烧碱有某些相似的性 质，所以它与烧碱并列，在工业上叫做“两碱”。烧碱和纯碱都易溶于水，呈强碱性，都能提供Na+离子。这些性质使它们被 广泛地用于制肥皂、纺织、印染、漂白、造纸、精制石油、冶金及其他化学工 业等各部门中。普通肥皂是高级脂肪酸的钠盐，一般是用油脂在略为过量的烧碱作用下进行皂 化而制得的。如果直接用脂肪酸作原料，也可以用纯碱来代替烧碱制肥皂。印染、纺织工业上，也要用大量碱液去除棉纱、羊毛等上面的油脂。生产人造 纤维也需要烧碱或纯碱。例如，制粘胶纤维

2、首先要用1820%烧碱溶液（或纯 碱溶液）去浸渍纤维素，使它成为碱纤维素，然后将碱纤维素干燥、粉碎，再 加 最后用稀碱液把磺酸盐溶解，便得到粘胶液。再经过滤、抽真空（去气泡）， 就可用以抽丝了。精制石油也要用烧碱。为了除去石油馏分中的胶质，一般在石油馏分中加浓硫 酸以使胶质成为酸渣而析出。经过酸洗后，石油里还含有酚、环烷酸等酸性杂 质以及多余的硫酸，必须用烧碱溶液洗涤，再经水洗，才能得到精制的石油产 品。在造纸工业中，首先要用化学方法处理，将含有纤维素的原料（如木材）与化 学药剂蒸煮制成纸浆。所谓碱法制浆就是用烧碱或纯碱溶液作为蒸煮液来除去 原料中的木质素、碳水化合物和树脂等，并中和其中的有机

3、酸，这样就把纤维 素分离出来。在冶金工业中，往往要把矿石中的有效成分转变成可溶性的钠盐，以便除去其 中不溶性的杂质，因此，常需要加入纯碱（它又是助熔剂），有时也用烧碱。 例如，在铝的冶炼过程中，所用的冰晶石的制备和铝土矿的处理，都要用到纯 碱和烧碱。又如冶炼钨时，也是首先将精矿和纯碱焙烧成可溶的钨酸钠后，再 经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨的。在化学工业中，制金属钠、电解水都要用烧碱。许多无机盐的生产，特别是制 备一些钠盐（如硼砂、硅酸钠、磷酸钠、重铬酸钠、亚硫酸钠等等）都要用到 烧碱或纯碱。合成染料、药物以及有机中间体等也要用到烧碱或纯碱。烧碱生产工艺片碱即片状烧碱，是氢氧化钠的一种别

4、名，氢氧化钠在工业上被称作工业 碱、烧碱、苛性碱等，按存在形态可分为液碱、片碱、固碱、粒碱。其中片 碱、固碱、粒碱是固体氢氧化钠的三种形态。如下图，依次是片碱固碱粒碱：1. 碱液从32%浓缩至61% ，这个阶段在降膜蒸发器中进行。加热源采用中 压蒸汽及二次蒸汽,并在真空下蒸发。2.61%碱液再通过降膜浓缩器,以熔融盐为热载体,在常压下将碱液浓缩成熔 融碱,再经片碱机制成片状固碱(传说中的熔盐法)。质量分数为32%的离子膜法烧碱经I效蒸发器(真空、二次蒸汽)浓缩到 47%，经碱泵并与II效蒸发器的蒸汽冷凝水换热后，进入II效蒸发器进一步浓缩至 61%,并由碱泵将61%碱打入最终浓缩器，用熔盐加热

5、浓缩至98%99%，再经片 碱机制成片状固体烧碱。自电厂来的1 MPa的饱和蒸汽进入I效蒸发器,冷凝液 与I效碱换热后进入循环水池，作为软水的补充，II效产生的二次蒸汽与终浓缩 产生的二次蒸汽进入I效蒸发器作为热源，蒸发32%碱液。415430 的熔盐由 熔盐泵送入熔盐炉经加热后进入最终浓缩器,作为热源将碱蒸发至 98% 99% , 并最终回至熔盐罐,循环使用。熔盐炉系统是一个密闭循环加热的系统,通过燃炉上方点火头用天然气加热 内外盘管使熔盐升温,熔盐通过泵周而复始地在系统中循环 ,由于和外界隔离,最 大限度地减少了熔盐的分解变质。在生产中初次加热熔盐应注意以下几点。(1) 熔盐熔点在143

6、C左右,所有熔盐管线应有蒸汽伴热，最好同时采用电伴 热,以防止熔盐在管线中凝固。( 2)在熔盐梯度升温过程中,要仔细检查熔盐阀的伴热,熔盐在整个系统中进行 大循环时,尤其注意小循环回流阀不能关死,必须回转一圈,以防止熔盐阀结死。( 3)由于熔盐为混合物,密度不很均匀,而且初次加热熔化,熔盐中的水分含量较 高,因此在熔盐循环过程中,要充分关注泵的电流,如果泵电流波动较大,而且持续 时间较长,应立即停泵检查,找出问题原因。正常情况下,泵的电流会有波动,但波 动的范围不大,随着熔盐温度的升高,泵电流会逐渐降低且趋于平稳。片碱为基本化工原料，广泛用于造纸、合成洗涤及肥皂、粘胶纤维、人造丝 及绵织品等轻

7、纺工业方面，农药、染料、橡胶和化学工业方面、石油钻探，精炼石油油脂和提炼焦油的石油工业，以及国防工业、机械工业、木材加工、冶金工业，医药工业及城市建设等方面。还用于制造化学品、纸张、肥皂和洗涤剂、人造丝和玻璃纸，加工铝矾土制氧化铝，还用于纺织品的丝光处，水处理 等。离子膜烧碱工艺流程图解析离子膜烧碱生产工艺来源：【中国化工网】 20106-4 字体大小： 大 中 小 -当化学反应涉及酸碱等物质时， ph 值往往是反应过程中一个主要的工 艺变量。离子膜烧碱研究报告显示：量溶液的ph值时，在实验室一般采用酸碱 指示法，在工业过程中，则采用电位滴定法。在用离子膜电解生产烧碱的过程 中，尤其是在盐水淡

8、化之前，在制作离子膜烧碱时， ph 值的测量是很重要的。离子膜烧碱工艺流程图解析离子膜烧碱生产工艺m 1隔膜法饶减謹发工艺流程1、离子膜电解工艺流程以原盐为原料，从离子膜电解槽流出的淡盐水经过脱氯塔，脱去氯气，进 入盐水饱和槽制成饱和盐水;而后在反应器中再加入naoh、na2co3及baci2等; 从反应器出来的盐水进入澄清槽澄清。但是从澄清槽出来的一次盐水还有一些 悬浮物，这对盐水二次精制的螯合树脂塔将产生不良影响（一般要求盐水中的悬 浮物少于1mg/l）。因此，盐水需要经过过滤，再经过螯合树脂塔，除去其中的 钙、镁等金属离子，加到离子膜电解槽的阳极室;与此同时，纯水和液碱一同进 入阴极室。

9、通入直流电后，在阳极室产生氯气和淡盐水，经过分离器分离。氯 气输送到氯气总管;淡盐水中naci含量一般为200-220g/l，经脱氯塔去盐水饱和 槽。在电解槽的阴极室产生氢气和30-35%的液碱，同样也经过分离器。氢气输 送到氢气总管；30-35%的液碱可以作为商品出售，也可以送到蒸发装置，使之浓 缩到50%。a、过滤盐水的ph值控制及orp测量为了保证进电解槽盐水ph值的稳定，有的工艺采用在过滤盐水中加入一定 量盐酸的方法，将过滤盐水的ph值控制在10 0.5。盐水 orp 的值反应盐水中游离氯的含量。为了防止游离氯进入螯合树脂塔， 在过滤盐水管路中，设置了 orp 检测装置。根据 orp

10、的高低，决定亚硫酸钠的 加入量。b、淡盐水ph值控制及orp测量 电解过程中产生的淡盐水，含有一定数量的游离氯。这部分游离氯对设 备、管道的腐蚀非常严重，必须清除。根据次氯酸在低ph值情况下，有利于向 氯气脱析方向转变这一特性，在淡盐水中加入一定量盐酸，使它的 ph 值控制在 1.251.5 之间，以利于去除游离氯。淡盐水经真空脱氯或空气吹除，再加亚硫 酸钠，以进一步去除游离氯。2、ph 值测量的重要性本装置的物料分析主要有酸度(ph值)、氧化还原电位(orp)、浓度以及钙、 镁离子含量。这些参数在生产过程中起着非常重要的作用。比如，精盐水的酸 碱度。以及钙、镁离子的浓度，直接关系到离子膜的工

11、作状态和寿命，也是产 量和产品成本核算的重要依据。为此，一定要保证各台分析仪的测量精确度及 可靠性。3、应用难点上海氯碱化工有限公司电化厂四车间离子膜电解生产烧碱中，淡盐水要根据 其 ph 值加亚硫酸钠，因此该 ph 值的测量和控制对产量与质量的提高具有很重 要的意义。该装置共有两台 ph 计：脱氯前为 301 信号，脱氯后为 303 信号。 原 2 套 ph 计在引进时采用某日本厂商的产品，由于 ph 电极的性能不能满足生 产工艺的实际需要，从开车起一直不能投入使用，故弃置不用，只能靠车间分 析室不断取样得到数据。这样做，不但时效性差，而且分析误差大，不能对亚 硫酸钠进行自动加料控制。而人工

12、加料控制不但劳动强度大，而且ph值难以得 到稳定的控制，影响了产品的质量。过去ph电极用得不好的原因有：(1) 301信号测量点由于cio4-离子含量较高，达700-800mg/l。由于cio4-离 子会和 kci 反应生成不溶性的化合物，而氯化银电极会进一步与溴化物、碘化 物、氰化物特别是硫化物反应，生成胱氨酸或半胱氨酸。由于硫化银在隔膜上 会生成黑色沉淀，由此导致响应时间增加和电极电位的重复性变差(直接导致ph 测量误差)，同时也使隔膜阻抗增加好几倍。(2) 测量点ph值很低，一般在1.9左右，由于ph值在2以下和12以上时 均难以测量，因此测量误差大。在强酸介质中，由凝胶层吸收的酸分子导

13、致凝 胶层中氢离子活度的增加。故在很低的ph值下，会产生酸度误差，即产生虚假 的高ph值。(3) 测量点温度较高，一般在90 c左右。这不仅对ph电极提出了极大的 挑战(因为90 c的高温会大大缩短ph电极的寿命)，而且，如果取样后在分析 室测ph值，由于同样的介质在不同温度下的ph值是不同的，用分析室测得的 ph值来控制流程中亚硫酸钠的加入量会产生较大的误差。(4) 测量点在泵的出口，压力波动大，这样会加速电极反渗透，影响ph电 极电位的正常建立，缩短电极寿命。被测介质腐蚀性强。二、梅特勒-托利多的在线ph检测系统针对上述原因，梅特勒-托利多公司为用户选用了由ha465-50-90-t-s7

14、电 极、inflOW764-22/-56护套组成的测量系统，成功地解决了在线测量的要求。1、电极这种电极采用了双盐桥结构，选用viscolyt参比电解液(一种含高分子粘度 的参比溶液)，并采用三陶瓷隔膜。ph值的测量范围为014，温度范围为0- 130 c。这种ph电极的特点为：(1) viscolyt参比电解液不会和被测介质发生化学反应，使参比液与被测溶液 隔开;而双盐桥结构也可隔离游离氯对参比电极电位的干扰，保证参比电极电位 的稳定。(2) 三陶瓷隔膜适当加快了参比电解液的流速，确保电解液外流稳定，使读 数更加精确。(3) 在使用时保持正压 2bar 左右，既可防止氯气影响电极电位，又可限

15、制被 测介质的反渗透。2、护套 护套用来保护电极不受外界冲击，并将电极固定在测量点上。由于常用的 护套材料不锈钢无法抵挡氯气等物质的腐蚀，因此选用了了溶性聚四氟乙烯制 成测量室的护套 inflow764-22/-56。3、变送器 针对在化工/石化行业中的危险区域使用的防爆要求，可使用本安型的变送 器 2100/2xh 或 2220x。三、应用效果 原来使用的电极寿命仅为一星期，而使用梅特勒-托利多公司的 ha465 双盐 桥电极后，两年来仅换过三支电极。梅特勒-托利多产品的应用保证了测量精确 度，使亚硫酸钠自动加料控制得以实现，提高了劳动生产率和产品质量，减少 了工人的维护工作量，因此得到用户

16、的好评。离子膜法制烧碱是烧碱生产工艺的常用制法之一，但是在目前烧碱生产工 艺中所见的比例并不是很大，所以我们必须仔细的熟悉一下子膜法制烧碱的工 艺特点1.离子膜法碱液蒸发的特点1.1 流程简单，简化设备，易于操作 由于离子膜碱液仅含有极微量的盐，所以，在其整个蒸发浓缩过程中，即使 是生产 99%的固碱，也无须除盐。这就是极大的简化了流程设备，即隔膜碱蒸 发必须有的除盐的设备及工艺工程都被取消，而且，由于在蒸发过程中没有盐的析出，也就很难发生管道阻塞，系统打水问题，使操作轻易进行。1.2 浓度高，蒸发水量少，蒸汽消耗低离子膜法碱液的浓度高，一般在30%33%，比隔膜法碱液的10%11%要 高很大

17、，因而大量的减少了浓缩所用的蒸汽。若以 32%的碱液为例，假如产品 的浓度为50%，则每吨 50%的成品碱需蒸出水量为：而隔膜法电解碱液若同样浓缩到 50%，则一般要蒸出 6.5t 的水量。也就是 说，浓缩到同样的 50%，离子膜碱液蒸发比隔膜碱液蒸发少蒸出约 5.4t 水。由 于蒸发水量的减少，蒸汽消耗就大幅度下降。以双效流程为例，一般仅耗汽 0.730.78t/t，另外蒸汽的空间也相应的减少，使设备的投资也相应的降低。2 影响碱液蒸发的因素2.1 生蒸汽压力蒸汽是碱液蒸发中的主要热源，生蒸汽的压力高低对蒸发能力有很大的影 响。通常较高的一次蒸汽压力，使系统获得较大的温差，单位时间所传递的热

18、 量也相应的增加，因而也使装备具有较大的生产能力。当然，蒸汽压力也不能过高，因为过高的蒸汽压力轻易使加热管内碱液温度 上升过高，造成液体的沸腾，形成汽膜，降低了传热系数，反而使装备能力受 到影响。同样，蒸汽压力偏低，经过加热器的碱液不能达到需要的温度，减少了单位 时间内的蒸发量，使蒸发强度降低。因此，选择适宜的蒸汽压力是保证蒸发强度的重要因素。另外，保持蒸汽的 饱和度也是至关重要的。因为，饱和蒸汽冷凝潜热是其可提供的最大热量；再 则，保持蒸汽压力的稳定也是保持操作的主要因素之一，因为，加热蒸汽压力 的波动，就会使蒸发过程很不稳定，从而直接影响了进出口物料的浓度、温 度，甚至影响液面、真空度、产

19、品质量等。2.2 蒸发器的液位控制在循环蒸发器的蒸发过程中，维持恒定的蒸发器液位是稳定操作的必要条件。因为液位高度的变化，会造成静压头的变化，使蒸发过程变的极不稳定，液位高度低，蒸发及闪蒸剧烈，夹带严重，使大气冷凝器下水带碱，甚至跑 碱；液位过高，会使蒸发量减小，进加热室的料液温度增高，降低了传热有效 温差，另外也降低了循环速度，最终导致蒸发能力下降。因此，稳定液位是提高循环蒸发器蒸发能力，降低碱损失，降低汽耗的重要 环节。2.3 真空度真空度是蒸发过程中生产控制的一个重要的控制指标，它是在现有装置中挖 掘，提高蒸发能力的重要途径，也是降低汽耗的重要途径。因为真空度的提 高，将使二次蒸汽的饱和

20、温度降低，从而提高了有效温度差，除外，也降低了 蒸汽冷凝水的温度，因而也就更充分的利用了热源，使蒸汽消耗降低。真空度的高低与大气冷凝器的下水温度有关，也与二次蒸汽中的不凝气含量 有关。所以，提高真空度的途径之一是降低大气冷凝器下水温度，即降低其饱和蒸汽压，但水温过低，耗水量过大，会造成成本升高。一般控制水温在2840C。提高真空度的另一途径就是最大限度的排除不凝气体。通常的办法是：采用机械真空泵；采用蒸汽喷射泵；采用水喷射泵。这三种办法中以、较佳，方法因为受水压力的影响，很难获得较高的真空度。表1 与下水温度平衡时的真空度下水温度，C30 35 40 45 50真空度， kPa96 95 93

21、 91 88采用蒸汽喷射泵排除不凝气体，这种方法在国外的蒸发流程中被广泛的运 用，真空度一般可达到90.796.0kPa。水喷射大气冷凝器在国内蒸发流程中被 广泛的使用，其真空度仅在80.088.0kPa。真空度与蒸汽饱和温度之间的关系 见表 2。表2 真空度提高时的蒸汽饱和温度差真空度， kPa85 87 90 93蒸汽饱和温度，。C55 52 47 41.5相对温度差，C3 5 5.52.4 电解碱液浓度与温度由于离子膜电解碱液的浓度较高，所以对其浓缩蒸发非常有利，其汽耗远比 隔膜法低。我国从国外各公司引进的离子膜装置的电解碱液浓度略有差异，在 30%35%之间。但实际上除日本旭化成等少数

22、公司外，大部分公司离子膜电解 碱液都控制在 32%33%之间。另外，尽管电解槽流出碱液温度都在8590C，但许多工厂，由于电解工序 与蒸发工序不在一起，中间经常设有中间贮罐，这样，使实际进入蒸发器的碱 液温度下降，从而增加了能源消耗。2.5 蒸发完成液浓度按照市场要求的商品规格，严格控制蒸发的完成液浓度，是在保证产品质量 指标的前提下，减少蒸汽消耗的手段之一，同时也可以适当的降低高浓碱对设 备的腐蚀。通常，国内的产品为 42%、45%、50%三种。2.6 蒸发器的效数如前所述，蒸发器的效数是决定蒸汽消耗量的最要因素之一。采用多效蒸发 是降低蒸发蒸汽消耗的最要途径，但是它受到设备投资的约束。在离

23、子膜电解 碱液蒸发中，目前经常采用的是双效流程。但是，随着能源价格的不断上涨， 将会有愈来愈多的企业选择三效蒸发的工艺流程。2.7 蒸汽分离器汽液分离器也称疏水器，是蒸发过程的一种辅助设备，往往被人忽视，但其 性能的好坏，即对蒸发汽耗产生相当大的影响。在蒸发过程中，大量蒸汽在加 热器内冷凝，需要及时排除，否则，不但阻碍传热，而且还会造成水锤，影响 安全生产。而使凝水能顺利排除，又不带走蒸汽的设备就是汽液分离器。汽液分离器性能的好坏，不仅仅影响蒸发器能力的发挥和正常使用，也直接 与蒸汽消耗的高低有关，因为汽液分离器分离不好，跑汽、漏汽现象经常发 生，造成大量蒸汽的流失，使汽耗升高，相反，汽液分离

24、很好，但凝水排放不 畅，将直接影响蒸发能力和安全。所以设计选用合适的汽液分离器是不容忽视的问题，目前，常用的汽液分离 器型式有：偏心热动式、浮子杆式、液面自控式三种，用于蒸发装置中一般用 后两种。本设计选用液面自控式。2.8 热损失蒸发过程是一个传热过程，因此，不可避免会有热的损失。这种热损失只要 是通过系统内设备和管道的表面向外界散发热量以及蒸汽等物料能没有充分的 被利用就排除而造成的热损失。通常，前者约占供入热量的2%5%,后者则 占10%20%甚至更多。因此，一方面选择优质价廉的保温材料减少散热损失，另一方面，最充分有 效的利用介入蒸发系统的所有热物料的能量，最大限度的加以利用，减少流失

25、，使排除系统的各种物料带走最小的热量，这些都是降低蒸汽消耗的重要途生产烧碱的原料与工艺氯碱工业是电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，是重要的基 础化学工业之一。因此，盐和电就是生产烧碱的原料。目前我国烧碱生产工艺 主要有隔膜电解法、和离子膜法。1) 隔膜法 电解在立式隔膜电解槽中进行，如图所示。电解槽的阳极用涂有 TiO2 RuO2 涂层的钛或石墨制成，阴极由铁丝网制成，网上附着一层石棉绒做隔膜， 这层隔膜把电解槽分隔成阳极室和阴极室。将已除去Ca2+、Mg2+、S042-等杂 质的精制食盐 水从电解槽的上部加入，食盐水中进行如下电解反应： 在隔膜电解槽中，隔膜放在阳极和阴极之间，它

26、能使食盐水通过，还能防止 阳极和阴极产生的气体混合而发生副反应电解时的槽电压一般为3.03.8V。 电解时，食盐水从阳极室加入，通过隔膜进入阴极，这时在阳极室发生下面的 反应： 2Cl-fCl2f+2e溶液中的Cl-消耗后，Na+随同食盐水进入阴极室。与此同时，阴极室里由水 电离生成的氢离子发生如下反应：2H+ + 2e-H2f溶液中的H+消耗后，水不断 电离，在阴极积累大量的OH-。OH-跟阳极室透过来H+的形成NaOH溶液。因此 电解食盐水的反应可写成：2NaCl + 2H2O=2NaOH+H2f+Cl2上述是电解时的 主反应，还会发生一些对生产不利的副反应。例如，当食盐水的浓度不高时，

27、在阳极C12将溶于盐水中，发生如下副反应：Cl2+H2O=HClO+HCl另外，由 于0H-和Cl-的放电电压比较接近，当食盐水的浓度不高时，Cl-的放电电压有 所提高，将在阳极同时发生OH-的放电。电解后产生的氯气和氢气，冷却后，使带出的蒸气冷凝分离，就能作为产品，或者用作进一步加工的原料。电解后 的电解液含氢氧化钠130145kg/m3、175210kg/m3、次氯酸钠 0.050.25kg/m3。通过蒸发浓缩，利用溶解度的差别，氯化钠以晶体析出，过滤后即 得到液碱，或进一步蒸发而得到固碱产品。离子交换膜离子交换膜法是 20 世纪 70 年代新发展的方法。这种方法是用离子交换膜 作隔膜，它

28、允许Na+通过，但Cl-和OH-不能通过。因此，用这种方法生产的烧 碱纯度很高，浓度也较大。但离子交换膜的使用寿命目前还不够长，这个问题 一旦解决，它将可能成为最有发展前途的制碱方法。德国、日本等国已有一些 氯碱工厂用离子交换膜法生产烧碱。离子交换膜法电解食盐水的原理如图所 示。在这种电解槽中，用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开。阳离子交换膜 跟石棉绒膜不同，它具有选择透过性。它只让Na+带着少量水分子透过，其它 离子难以透过。电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的 NaCl 溶 液，往阴极室注入水。在阳极室中Cl-放电，生成C12，从电解槽顶部放出，同 时Na+带着少量水分子透过阳离

29、子交换膜流向阴极室。在阴极室中H+放电，生 成H2，也从电解槽顶部放出。但是剩余的OH-由于受阳离子交换膜的阻隔，不 能移向阳极室，这样就在阴极室里逐渐富集，形成了 NaOH 溶液。随着电解的 进行，不断往阳极室里注入精制食盐水，以补充 NaCl 的消耗；不断往阴极室 里注入水，以补充水的消耗和调节产品 NaOH 的浓度。所得的碱液从阴极室上 部导出。因为阳离子交换膜能阻止Cl-通过，所以阴极室生成的NaOH溶液中含 NaCl 杂质很少。用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大，纯 度高，而且能耗也低，所以它是目前最先进的生产氯碱的工艺。烧碱、纯碱的工艺简述烧碱是重要的基本化工原料，

30、最初的用途是从制造肥皂开始，逐渐用于日用、 轻工、纺织、化工、医药等领域。我国改革开放以来，烧碱的需求量有明显增长， 尤其是在制铝生产方面，烧碱生产有了突飞猛进的发展。2006 年我国烧碱产业延续 了近年来的快速增长势头，受到良好的国际贸易环境和主要下游产业快速增长的驱 动，全年烧碱产量为 1475.52 万吨。随着产能扩张加快，产业竞争也日趋激烈。目 前我国有烧碱生产企业二百多家。纯碱是基本化工原料，主要用于生产玻璃，干法制水玻璃，重铬酸钠、硝酸 钠，溶浸法制氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠，冶炼助熔剂，选矿用浮选剂，炼 钢和炼锑用作脱硫剂，印染中用作软水剂，去除油污和丝胶质、色纱织物煮炼剂，

31、 搪瓷色素的碱性熔融剂，制革工业用作原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱 度，合成洗涤剂中的三聚磷酸钠，还用于制造各种磷酸钠盐等。近年来，国内纯碱 工业呈现良好发展势头，产量稳步增长，价格也在持续回升，市场需求旺盛，供求 关系明显改观。随着我国轻工、化工、建材、冶金等行业的发展，国内纯碱行业取 得了长足进展，纯碱产品的总生产能力和产量在逐年增长，2003 年我国的纯碱产量 首次超过美国跃居世界第一，达到 1101万吨，近几年也达到每年 8%的增长率然而， 随着市场发展，我国的烧碱和纯碱工业在面临机遇的同时，也面临严峻挑战，要保 持强劲的发展势头，除了着眼全球市场，积极参与国际分工及市场竞争外

32、，提高生 产工艺也成了重要一环。下面谈谈烧碱和纯碱的制作工艺，抛砖引玉，引起共鸣。一、烧碱工艺简述化学名称：氢氧化钠俗名：烧碱、苛性钠分子式：NaOH分子量：39.996（按 79 年国际原子量）生产原料：原盐（分为：液体盐和固体盐）生产基本原理：采用隔膜法生产烧碱，选用石墨阳极立式隔膜电解槽。主要化学反应为：2NaCl+2H O-2NaOH+Cl t+H t2 2 2生产过程分为盐水制备，食盐溶液电解，碱液蒸发和熬浓，氯氢处理与输送等四大 过程，并附有合成盐酸的生产过程。本文主要讨论的生产工序为碱液蒸发过程。生产工艺流程简述：首先将蒸发工序来的回收盐，卤水经预热温度控制在65-70C, 自上

33、而下用泵压入化盐桶，同时用斗式提升机将固体盐自上部加入，以维持足够的 盐层高度，使盐水通过后达到饱和，含 NaCl：315g/l 左右，再溢流入缓冲桶，加入 精制剂Na CO, NaOH, BaCl ,使盐水中Ca2+、Mg2+以及SO 2-离子生成沉淀析出：2 3 2 4CaCO ,Mg（OH） 和 BaSO 。3 2 4盐水进入澄清桶前,加入苛化麸皮助沉。沉清盐水自澄清桶溢流圈流至中和槽,加 入盐酸中和，控制PH值在7.5-8，中和盐水泵入精盐水贮槽，供电解使用。精制盐水泵入高位槽，经加热至65-85C后注入电解槽，精盐水在直流电作用下进行电解，产生出氯气，氢气和烧碱。二、纯碱工艺简述化学

34、名称：碳酸钠 俗名：纯碱、重灰或轻灰分子式：Na CO分子量：105.99（按79年国际原子量）23生产原料：原盐、氨（NH）、二氧化碳、水3生产基本原理：该厂采用联合制碱法生产纯碱和氯化氨。联碱法生产采用一次加盐，两次吸氨，一次碳化，两次取出的冷法流程。生产分为两个过程进行：1过程 为纯碱生产过程，11过程为氯化氨生产过程。两个过程构成一个封闭循环系统，不 断投入原料（NH、NaCl、HO、CO），同时不断地生产出纯碱和氯化氨两种产品。3 2 2联碱过程，即I和II过程：主要化学反应：NaCl+NH +H O+CO NH Cl+NaHCO l+95.05kj/mol3 2 2 4 3与氨碱法

35、不同之处，联合制碱法碳化过滤 NaHCO 结晶后的滤液还要析出氯化氨。3化学反应式：NHCl （液）+NaCl （固）-NHCl（固）+NaCl （液）-11.46kJ/mol 44析出氯化氨后，母液返回制碱工序，与制氯化氨过程交替进行，构成一个循环过 程，这则是该制碱法的特殊性。生产工艺流程简述：将II过程制备的合格母液II送母液II喷射吸氨后为氨母液II, 氨母液II在澄清桶内经过澄清后流入氨母液II储存桶习惯上称为成品氨，成品氨母 液II经泵加压并经氨母液II加热桶加热到规定温度后进入清洗炭化塔，塔下部通清 洗气，使炭化塔结疤得到溶解并起到预炭化的作用，氨母液II经清洗炭化塔后为清 洗氨

36、母液II。清洗氨母液II经泵送入制碱塔，下部通入下段气（浓气），中部通入 中段气，生成带有氨母液II结晶的悬浮液，由塔底经出碱管取出称为碳化取出液， 再经真空滤碱机过滤分离出固体碳酸氢钠（重碱），送煅烧炉煅烧得到碳酸钠，包 装得到成品纯碱。煅烧分解出的二氧化碳，氨气及水蒸气的混合气体称为炉气。炉气经除尘，冷却， 洗涤，压缩后回到碳化塔作制碱原料，真空滤碱机的滤过碱液（母液II）经吸氨送 II过程制取氯化氨，制氯化氨后的母液（母液II）送I过程吸氨进碳化塔制纯碱， 如此不断封闭循环则不断生产出纯碱和氯化氨。三、回收盐回收盐是在隔膜法制烧碱过程中的蒸发过程中得到的。其杂质含量较高，主要影响 生产烧

37、碱的杂质为：Ca2+、Mg2+以及SO 2-离子，并且含有一定的NaOH。所以现在生产4中有精制盐水的这道工序。在实地调研中证实，烧碱生产中采用液体盐代替固体盐，会降低烧碱成本，获得一 定的经济效益。而在联碱法制纯碱的生产过程中，由于受到系统母液平衡的限制， 只能使用固体盐。如果将烧碱蒸发工序回收得到的固体盐送入联碱系统，则联碱法 生产纯碱的工艺中将减少固体盐的外供量，从而获得一定的综合经济效益。离子交换膜法制烧碱的原理和工艺流程1、离子交换膜法制烧碱的原理 离子交换膜电解槽的构成 离子交换膜电解槽：主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜 棒等组成；每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组

38、成。阳极用金属钛网制 成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物 涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极 室和阳极室。 电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物 Cl2 的 强 腐 蚀 性 。 离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜 有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允 许H+、Na+通过，而Cl、OH和两极产物H2和C12无法通过，因而起 到了防止阳极产物 Cl2 和阴极产物 H2 相混合而可能导致爆炸的危险，还起 到了避免C12和阴极另一产物NaOH反应而生

39、成NaClO影响烧碱纯度的 2离子交换膜法电解制碱的主要生产流程精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴室通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入 室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH； Cl 则在阳极表面放电生成 Cl2 电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利 用。阴极室注入纯水而非 NaCl 溶液的原因是阴极室发生反应为 2H+2e =H2f；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强 溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。 氯碱工业的主要原料：饱和食盐

40、水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO 等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。大型离子膜烧碱装置的工艺设计一、一次盐水一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好坏直接影响产品的质 量和产量。传统性的一次盐水精制工艺，采用配水、化盐、加精制剂反应、澄清、砂滤， 然后再经炭素烧结管过滤器过滤。近几年新建氯碱装置一次盐水工艺大都采用膜过滤技术 制取精制盐水，该工艺路线省去了砂滤器、炭素烧结管过滤器。经生产实践证明，经膜过 滤分离方法制得的一次盐水质量指标、设备投资等都比传统工艺理想。所以一次精制盐水 工艺采用膜过滤器过滤工艺。二、二次盐水精制 离

41、子膜法电解槽使用的高度选择性离子交换膜要求入槽盐水的钙、镁离子含量低于 20wtppb,普通的化学精制法只能使盐水中的钙、镁离子含量降到lOwtppb左右。若使 钙、镁离子含量降到20wtppb的水平，必须用螯合树脂处理。二次盐水精制的主要工艺设备是螯合树脂塔,分二塔式和三塔式流程。塔的运行与再生处 理及其周期性切换程序控制，可由程序控制器PLC实现，PLC与集散控制系统DCS可以 实现数据通讯；也可以直接由DCS实现控制。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采 用三塔式流程。建议采用三塔式流程。三、电解工艺 现在能够提供离子膜电解槽的专利商有旭化成、伍迪、氯工程、北化机等厂家，这几家公 司的技

42、术都是成熟的。槽型为复极式自然循环离子膜电解槽。四、淡盐水脱氯淡盐水脱氯有两种工艺路线：一种采用空气吹除法，该法脱氯效果欠佳，从淡盐水中分离 出来的废氯气纯度低，无法汇入湿氯气总管送氯气处理工序，只能由烧碱液循环吸收，制 成次氯酸钠溶液。另一种采用真空脱氯法，该法脱氯效果较好，通过蒸汽喷射器或真空泵 提供的真空系统将含氯淡盐水中的游离氯抽出分离后进入湿氯气总管。建议采用真空法淡 盐水脱氯工艺技术。五、氯氢处理（含废氯气处理）1 、氯气处理由电解槽出来的湿氯气，温度高并伴有大量的水蒸气和杂质，具有较强的腐蚀性，必须经 过冷却、干燥和净化处理。氯气处理系统分为冷却、干燥、输送三部分。冷却选用填料式

43、洗涤塔，能够较好地除去湿氯气带出的盐雾，填料采用CPVC花环。氯气冷凝下来的氯水回收送淡盐水脱氯工序。 对于干燥部分，在实践应用中已采用过多种干燥塔型和不同的组合方式，比较典型的有：a、一段泡沫塔、二段泡沫塔；b、一段填料塔、二段泡沫塔；c、一段填料塔、二段泡罩塔。国内采用最多的是填料塔和泡沫塔组合，这是两种典型的塔。 泡沫塔的特点是结构简单、造价低、塔板数多；缺点是操作弹性小、不便于增加硫酸循环 量，操作弹性仅为15%,塔板阻力降大，一般为100-200mmH20,而且开孔的加工精 度、酸泥沉积等因素易影响其操作稳定性。填料塔操作弹性大，易操作，压降小，但投资大，有效塔板数少。 泡罩塔的特点

44、介于泡沫塔与填料塔制碱，塔板数多，压降与泡沫塔相当，操作弹性比较 大。经过对以往经验的总结、比较，应选择二段干燥；一段为填料干燥塔，二段采用泡罩干燥 塔。目前氯气输送设备有两种形式，一种是液环泵，另一种是离心式压缩机。液环泵对氯气含 水量要求不苛刻，但动力消耗大，输送量小，出口氯气压力低，适用于生产规模在5万吨 /年烧碱能力以下的氯气输送。离心式压缩机具有输送量大、排气压力较高、运转平衡、得 以改善工作环境等优点。该设备能量消耗与同气量液环泵相比节电 50%，但要求氯气中含 水量V lOOwtppm,适用5万吨/年烧碱规模以上的装置输送氯气。建议氯气处理工艺方案：湿氯气经氯水洗涤，钛管换热器，

45、氯气除盐、降温后经一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯气含水量V50wtppm,氯气输送选用大型离心式氯气压缩机。2、氢气处理由电解槽出来的氢气温度高、含水量大、且含碱雾，故必须进行冷却。冷却系统分直接冷 却和间接冷却两种，建议选择氢气洗涤塔直接洗涤冷却降温、列管换热器间接冷却，水环 式氢气压缩机输送。3、废氯气处理 废氯气处理接纳开、停车时的低浓度氯气和事故状态下氯气系统的泄压氯气，可采用烧碱 液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，设备庞大，需连接搅拌，动力消耗高，操作环 境恶劣。建议选择烧碱液循环、冷却、吸收废氯气，制成次氯酸钠溶液。六、氯气液化 通常根据氯气压缩机压力的不同，将氯气液化方式分

46、为高压法、中压法和低压法三种。高 压法消耗冷冻量少，不需要制冷机，能耗低。但对氯气处理工艺、氯气输送设备的要求 高，增加投资费用。因此，国内一般采用中、低压液化方法生产液氯。本工段选择带经济器补偿螺杆压缩机的成套制冷机组。七、氯化氢合成及盐酸 国内外生产盐酸的方法主要有三种：即三合一工艺；热回收分体式工艺；分体式工艺。1、三合一工艺具有工艺流程短，操作简单等优点，但设备维修量较大。2、热回收分体式工艺具有操作容易，设备维修简单，热回收利用率高等优点，但工艺流 程长，设备加工要求高。3、分体式工艺具有操作容易、设备维修简单、产品质量控制容易等优点 通过对三种工艺流程比较，从操作方便及设备统一考虑

47、，采用第三种工艺生产盐酸。八、蒸发对于离子膜法液碱蒸发流程的选择大体上可以分为以下四个方面： 效数的选择；蒸发器形式的选择； 顺、逆流工艺流程的选择； 循环方式的选择。建议采用的蒸发工艺流程序号项目名称内容流程：效数三效1循环方式不循环的膜式蒸发顺、逆流方式逆流2蒸发器降膜蒸发器3真空设备水环真空泵换热器板式换热器4由上表结论为选择三效逆流降膜蒸发工艺，生产运行工况良好，产品质量稳定，能耗低 蒸发工艺及其降膜蒸发器建议从国外引进。离子膜烧碱离子膜烧碱就是采用离子交换膜法电解 食盐水而制成烧碱（即氢氧化 钠）。其主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只 允许阳离子通过而阻止阴

48、离子和气体通过，即只允许H +、Na+通过，而Cl 、OH-和两极产物H2和C12无法通过，因而起到了防止阳极产物C12和 阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免C12和阴极另一 产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。离子交换膜法电解制碱的主要生产流程精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入 阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进 入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH； Cl-则在阳极表面放电生 成C12。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利 用。阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H+2e - =H2t ；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始 时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量 NaOH溶液。氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、 Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。