重碱的煅烧

重碱的煅烧主讲：雨在田目录•一、纯碱（Na2CO3)性质•二、纯碱的用途•三、纯碱的质量标准•四、纯碱制造工艺•五、氨碱法制造纯碱工艺流程•六、重碱的煅烧•七、重碱煅烧工艺流程•八、重碱煅烧设备演变•九、重碱煅烧操作控制•十、重碱煅烧物料衡算、热量衡算一、纯碱（Na2CO3)性质1、纯碱是碳酸钠（Na2CO3)的俗名，又称为苏打（soda），白色粉末或细粒结晶，味涩。其比重（密度）为2.53g/cm3，随着制造方法的不同，得到的纯碱颗粒大小也不同，按照堆积密度的差别可将纯碱分为超轻质纯碱、轻质纯碱、重质纯碱和超重质纯碱。不同纯碱产品的堆积密度范围品种堆积密度t/m3超轻质纯碱0.30～0.45（不含0.45）轻质纯碱0.45～0.80（不含0.80）重质纯碱0.80～1.20（不含1.20）超重质纯碱＞1.20纯碱（Na2CO3)性质2、熔点851℃，比热容1.042J/(g·℃）（20℃）。虽然碳酸钠俗称纯碱，但它其实属于盐类物质，因其水溶液显弱碱性而称纯碱。易溶于水，在35.4℃其溶解度最大，每100g水中可溶解49.7g碳酸钠（0℃时为7.0g，100℃为45.5g）。当温度超过36℃时，溶解度反而下降，这时由于碳酸钠与水生成多种水合物的缘故。碳酸钠的饱和溶液在温度低于32.5℃时析出块状结晶体的十水碳酸钠（Na2CO3·10H2O），俗称晶碱。在32.5～36℃温度范围内析出七水碳酸（Na2CO3·7H2O）；超过36℃时析出一水碳酸钠（Na2CO3·H2O），一水碳酸钠受热脱除结晶水，转变为无水碳酸钠。纯碱（Na2CO3)性质3、能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。Na2CO3+H2SO4→Na2SO4+CO2↑+H2O4、高温下可分解，生成氧化钠和二氧化碳。Na2CO3→Na2O+CO2↑5、长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳生成碳酸氢钠，并结成硬块。Na2CO3+CO2+H2O→NaHCO36、纯碱与石灰乳作用生产氢氧化纳：Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3↓此法为苛化法制烧碱的主反应7、纯碱与盐类起复分解反应：Na2CO3+CaCl2→CaCO3↓+2NaCl此反应为盐水精制中除钙的主反应二、纯碱的用途•1、用做基本化工原料•纯碱是重要基本化工原料.用途广泛，需求量大。以纯减为原料可以制取其他品种的碱和无机盐等化工产品，例如：•①用石灰苛化法制取苛化烧碱；•②以碳酸化法可以用来制取洁喊（小苏打〕；•③纯减与硅砂在熔融条件下，可以制得泡花臧〔硅酸钠〉；•④以再结晶法可以制得晶喊（十水碳酸钠〉：•⑤以硫化钡法和石灰硫化蓺法，均可用純碱制取硫化碱；•⑥以纯碱为原料可以制得各种含钠盐类；•⑦用做生产其他化工产品的原料和辅料，用做基本工业原料•2、广泛地应用于玻璃、化工工业（烧碱、硝酸钠、清洁剂、软化硬水）、石化、冶金等行业，同时也应用在造纸、肥皂、纺织、印染、皮革、食品、医药、胶卷、轻工等行业。三、纯碱的质量标准•轻质纯碱：项目指标优等品一等品合格品干基总碱量%99.298.898.0湿基总碱量%97.997.596.7氯化物（以NaCl计）%≤0.700.901.2铁（以Fe2O3计）%≤0.0040.0060.01水不溶物≤0.040.100.15四、纯碱制造工艺•1、世界化学工业的开端和路布兰法制纯碱•人类在日常生活中使用碱已有几千年历史.最早取自草木灰及天然碱。人工制碱工业起源于法国，而发展及其应用，则归功于英国。•尼古拉·路布兰（NicolasLeBlanc)(1742〜1806)法制纯碱：以普通食盐为原料,用硫酸处理而得芒硝和盐酸,芒硝再与石灰石、煤粉配合人炉煅烧生成纯碱，所得硫化钙再碳化以获取硫化氢，作为硫酸的原料。•路布兰法存在产品纯度差、生产成本高、人工消耗大以及生产过程均在固相间进行、难于连续作业等缺点。纯碱制造工艺2、索尔维法制碱•1861年比利时人索尔维（Solvay，1839〜1922),在煤气厂从亊稀氨水浓缩工作时.发现用盐水吸收氨和二氧化碳可得到碳酸氢钠。当年该法获得专利，即为索尔维法,后人又称此法为氨碱法。•索尔维法以其原料来源容易,品种单纯,成本低廉,品质纯净，适于大规模连续生产，排污处理比盐酸容易。•缺点：如食盐利用率低（仅75％左右）、蒸馏废液难以处理（每产1t纯碱就有9〜10m3废液排放,淤塞江河港湾、污染水体、危害水族）纯碱制造工艺•候氏制碱法（联合制碱法）•1943年中国侯德榜结合中国内地缺盐的国情，对索尔维法进行改进，将纯碱和合成氨两大工业联合，同时生产碳酸钠和化肥氯化铵，大大地提高了食盐利用率，是为侯氏制碱法。•该法是将纯碱生产中的过滤母液通过加盐、吸氨、冷冻等步骤，利用同离子效应（即盐析）及冷析分离出氯化铵，达至纯碱和氯化铵联合生产的目的。它的核心是刻意追求提高氯化钠的利用率，使之达到92%以上，同时可以省去母液蒸馏所耗用的石灰石，节约了蒸氨用汽，提高了热利用率，又简化了生产流程，省去石灰石煅烧工序，因而纯碱的成本约比氨碱法降低30%左右，联合制碱法必须要同时有合成氨厂。五、氨碱法制造纯碱工艺流程.氨碱法制碱以食盐、石灰石为原料，以氨为媒介，经石灰石煅烧、盐水精制、吸氨、碳酸化，碳酸氢钠过滤、煅烧，母液蒸馏等工序制得纯碱。石灰石煅烧盐水精制氨盐水碳酸化精盐水吸氨卤水脱硝CO2压缩重碱过滤重碱煅烧母液蒸馏纯碱包装贮运废液压滤灰乳精制Na2CO3NH3六、重碱的煅烧•重碱煅烧是把真空过滤机分离的湿重碱加热分解制取无水碳酸钠。用于热分解的装置主要是回转式煅烧炉，但也有应用立式流化床煅烧设备的。随着制碱技术的进一步改进，重碱锻烧设备已日趋大型化、现代化，热效率明显提高，工艺已更加完善。•1、目的：将滤过岗位送来的粗重碱在煅烧炉内加热分解以制得质量符合国家标准的轻质纯碱（标准见三）。重碱在炉内加热分解过程中产生大量的混合气体（炉气），其成份主要为二氧化碳、水蒸汽，氨、碱尘，还有少量空气。故炉气要经过分离（气固分离）先回收碱尘，再进行冷却、洗涤回收氨、水蒸气，然后用压缩机加压后送去碳化工序制碱。2、意义：重碱煅烧是纯碱生产工艺中的最后工序，煅烧操作的好坏对纯碱的产量、质量及能量消耗具有重要意义3、要求：①产品纯碱应符合国家标准的要求，不含未分解的NaHCO3，及在煅烧时不应混入灰尘等杂质；②回收炉气中CO2浓度要高（90%以上），炉气逸出损失应少，尽量减少CO2、NH3及碱粉的损失；③能源消耗要低，要合理配置煅烧炉开用台数，提高单台炉的作业能力，尽可能降低电耗，严格控制好各项工艺指标，减少跑、冒、滴、漏，尽可能降低蒸汽消耗。4、成份：•①粗重碱组份（重量%）••②洗涤后炉气成份NaHCO3NH4HCO3NaClNa2CO3H2O烧成率69～733.4～4.50.2～0.45～716～2048～53CO2NH3H2ON2+O285～95%0.2～0.35%3～5%6～8%5、重碱煅烧的物化基础•碳酸氢钠的煅烧是一个典型的化学分解反应，其反应方程式如下：•2NaHCO3(s)====Na2CO3(g)+CO2(g)+H2O(g)－129kJ/mol•碳酸氢钠的实际分解过程，有学者曾进行过静力学和动力学方面的研究.这些研究结果有助于加深对分解过程理论的认识.曾得出碳酸氢钠的分解有中间化合物生成的见解，阐明分解反应是分为两个阶段来进行的，即•6NaHCO3===Na2CO3•4NaHCO3+CO2+H2O•Na2CO3•4NaHCO3===3Na2CO3+CO2+H2O这种中间化合物的存在是通过测量逐步分解碳酸氢钠的气相总压力求得解释的。研究碳酸氢钠分解过程的平衡分解压力，对工业实际操作是有指导作用的。当纯碳酸氢钠温度接近100℃时，分解时气相二氧化碳分解压力已达97.465kPa,接近大气压力.6、粗重碱分解过程•关于碳酸氢钠的分解速度，中国已故著名科学家侯德榜博士曾进行过系统的较为详细的研究。研究结果指出‘分解过程不仅是温度的函数，同时与时间相关；当物料为粗重碱时，这些关系如右图所示；当物料为化学纯碳酸氢钠时，如下页图所示。0204060801000481216102030405060H2ONH4HCO3160℃160℃175℃175℃190℃190℃205℃205℃205℃160℃175℃190℃煅烧时间：minNaHCO3含量NH4HCO3含量H2O含量粗重碱煅烧过程•①阐明粗重碱煅烧过程的程序是首先驱出游离水分，而后才进行碳酸氢铵和碳酸氢钠的分解。•②粗重碱或化学纯碳酸氢钠的分解速度是温度和时间的函数，无论是粗重碱还是化学纯碳酸氢钠，在低温情况下进行煅烧要求有较长的分解时间.温度升高，则分解速度明显加快。140℃160℃175℃205℃190℃102030405060煅烧时间：minNaHCO3含量20406080100•分析上述图形，可以得出两个论据：3、重碱煅烧反应方程式•2NaHCO3(s)===Na2CO3(g)+CO2(g)+H2O(g)－129kJ/mol•NH4HCO3(s)===NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)－168kJ/mol•NH4Cl(ap)+NaHCO3(s)=NaCl(s)+NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)－154.5KJ/mo•H2O(l)＝＝＝H2O(g)•温度愈高，停留时间越长，反应愈彻底，产品质量愈好。•此外，湿重碱与返碱混合时生成新的固相（NaHCO3·Na2CO3·2H2O，称为倍半碳酸钠），并将游离水转变成结晶水，从而使物料结疤的性质得到改善。•由上述反应可见：①重碱煅烧时物料分解释放出大量气体，释放出的CO2理论上为碳化所需CO2总量的一半，故重碱煅烧过程对碳化工序的操作影响很大，此外炉气中含有的NH3（20kg/吨碱）必须回收；②由于重碱分解后部分生成物为炉气，使煅烧所得纯碱量仅约为重碱量的50%左右，这样固体杂质如NaCl及水不溶物等的含量增加为重碱含量的一倍；③重碱煅烧反应均为吸热反应，每制1吨纯碱约需消耗热能2.5GJ(600MCal),占纯碱综合能耗的18—20%左右，其所占比重甚大。降低重碱水份，则煅烧消耗能量就减少，故应尽可能做好碳化所得重碱的结晶，力求降低重碱水份，这不但可以节约煅烧热能，对重碱煅烧过程的平稳操作也有着很大的好处。七、重碱煅烧的工艺流程•重碱分解生产纯碱是在特制的回转式煅烧炉内完成的。轻灰煅烧炉分离器水封槽冷却器洗涤塔凉碱中压蒸汽蒸汽冷凝水成品包装筛分重碱皮带重碱绞龙入炉绞龙炉气八、重碱煅烧设备演变•1、外热式煅烧炉•外热式回转煅烧炉的结构较为复杂，除了回转炉体和加热系统外，还包括着一整套完整的进、出碱运输机械。•2、蒸汽煅烧炉•内热式回转炉用高温载热体作为热源，通常广泛使用的载热体是2.8〜3.2MPa的中压蒸汽，故通称为蒸汽煅烧炉。•3、自身返碱蒸汽煅烧炉1）、内螺旋带输送式自身返碱蒸汽煅烧炉•这种结构的蒸汽煅烧炉是由德国化学公司申请的技术专利，是在蒸汽煅烧炉的内部增设一个专用的返碱系统，中心设想是在炉体中心设置多套管螺旋带输送管，将炉中部经过干燥的重减粉部分地循环返回，作为炉头投人粗重碱的返碱，达到在炉内部自身提供返碱的目的。重碱煅烧设备演变•2)、管式自身返碱蒸汽锻烧炉•管式自身返碱蒸汽煅烧炉是20世纪60年代中期开始由我国制碱工作者自行开发的新一代蒸汽煅烧炉，它是以崭新的思路设计的一种结构新颖的炉型。•所谓自身返碱，是在炉圆筒体外表面绕焊四根螺旋管，煅烧好的纯碱经出料调节阀卸入螺旋管借助炉体的旋转，纯碱沿螺旋管输送到进料端，其中三根螺旋管中的纯碱返入炉内作为返碱，另一根螺旋管中的返碱卸入成品输送端，这部分成品碱由专设的密闭罩子将成品引出，通过螺旋输送机、斗式提升机运至碱仓。•自身返碱煅烧炉与外返碱煅烧炉优劣•自身返碱蒸汽煅烧炉具有占地少，操作简便的优点，但存在蒸汽消耗大，炉气带碱尘多的缺点。自身返碱外返碱不需要单独另行设置返碱运输设备，节约了钢材用量及耗电量，而且占地面积小需单独另行设置返碱运输设备，耗电量较高，占地面积大