氢氧化钠的制备工艺

氢氧化钠(NaOH)，俗称烧碱、火碱、苛性钠，常温下是一种白色晶体，具有强腐蚀性。易溶于水，其水溶液呈强碱性，能使酚酞变红。氢氧化钠是一种极常用的碱，是化学实验室的必备药品之一。氢氧化钠在空气中易吸收水蒸气，对其必须密封保存，且要用橡胶瓶塞。氢氧化钠的用途十分广泛，在化学实验中，除了用做试剂以外，由于它有很强的吸水性和潮解性，还可用做碱性干燥剂。氢氧化钠在国民经济中有广泛应用，许多工业部门都需要氢氧化钠。使用氢氧化钠最多的部门是化学药品的制造，其次是造纸、炼铝、炼钨、人造丝、人造棉和肥皂制造业。另外，在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制金属钠、水的电解以及无机盐生产中，制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。工业用氢氧化钠应符合国家标准GB209-2006；工业用离子交换膜法氢氧化钠应符合国家标准GB/T11199-89；化纤用氢氧化钠应符合国家标准GB11212-89；食用氢氧化钠应符合国家标准GB5175-85。光合实验中吸收二氧化碳。烧碱的制备方法有两种：苛化法和电解法。现代工业主要通过电解饱和NaCl溶液来制备烧碱。电解法又分为水银法、隔膜法和离子膜法，我国目前主要采用的是隔膜法和离子膜法，这二者的主要区别在于隔膜法制碱的蒸发工序比离子膜法要复杂，而离子膜法多了淡盐水脱氯及盐水二次精制工序。目前国内的烧碱生产主要采用的是离子膜电解法生产烧碱，我们主要针对离子膜电解法介绍烧碱的制作工艺，并简要讨论工艺中的能耗情况。原料为粗盐（含大量杂质的氯化钠），根据生产工艺中的耗能情况，将烧碱制法分为整流、盐水精制、盐水电解、液碱蒸发、氯氢处理、固碱生产和废气吸收工序等七个流程。主要化学反应为：2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2↑+H2↑图1烧碱工艺总流程示意图1整流：整流是将电网输入的高压交流电转变成供给电解用的低压直流电的工序，其能耗主要是变压、整流时造成的电损，它以整流效率来衡量。整流效率主要取决1-整流2-盐水精制3-电解4-氯氢处理5-液碱蒸发6-固碱生产于采用的整流装置，整流工序节能途径是提高整流效率。当然减少整流器输出到电解槽之间的电损也是不容忽略的。2盐水精制：将工业盐用水溶解饱和并精制(除去Ca2+、Mg2+、S02-4等有害离子和固体杂质)获得供电解用精制饱和盐水,是盐水精制工序的功能。一次盐水精制：采用膜过滤器（不预涂）图2盐水一次精制流程图二次盐水精制：二次盐水精制采用螯合树脂塔进行吸附。图3盐水二次精制流程图一次盐水工段送来的一次精制盐水中钙、镁等离子可以被螯合树脂选择性吸附，而吸附的饱和树脂可用盐酸、氢氧化钠进行再生，从而使树脂达到重复使用的目的。盐水精制工序的能耗主要是加热溶解固体盐的蒸汽和动力电耗，它们分别约占吨碱电耗和吨碱汽耗的%和12%。因此，在此工序，节能措施主要是如何利用工厂的余热（废蒸汽或热水）来加热溶解固体盐，而采用盐水自流流程无疑也会节约动力电消耗。3电解图4精制盐水电解示意图图5电解反应方程式盐水二次精制后，添加部分淡盐水经阳极液进料总管以及软管送入各单元槽的阳极室中。阳极液电解产生淡盐水和氯气，经阳极分离器后，氯气从淡盐水中被分离出来送氯气处理工序，淡盐水流到淡盐水循环槽由泵送去脱氯塔。能耗主要是电解直流电耗，影响直流电耗的因素是槽电压和电流效率，直流电耗与槽电压成正比，与电流效率成反比。因此，降低电解槽的槽电压和提高电流效率是电解工序的主要节能途径。4氯氢处理氯气处理工序均包括氯气洗涤、冷却除雾、干燥、压缩；氢气处理均包括氢气洗涤、压缩、脱氧、干燥。离子膜法制碱时，建议氯气处理工艺方案：湿氯气经氯水洗涤，钛管换热器，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≤50wtppm，氯气输送选用大型离心式氯气压缩机（透平压缩机）。通常根据氯气压缩机压力的不同，将氯气液化方式分为高压法、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。如下图所示。建议氢气处理方案：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。图6电解后氯气处理示意图1-氯气洗涤塔；2-鼓风机；3-Ⅰ段冷却器；4-Ⅱ段冷却器；5-水雾捕集器；6-填料干燥塔；7-泡罩干燥塔；8-酸雾捕集器；9-氯压机5液碱蒸发将电解槽生产的液碱通过蒸发系统用蒸汽加热将一部分水蒸出，并将绝大部分盐（NaCI)分离出去，从而获得成品液碱。蒸发的能耗主要是蒸汽，当然动力电也是值得注意的。蒸发系统的加热蒸汽供给的热量主要消耗在（1）预热物料至沸点所需热量；(2)蒸发水分所需热量；(3)碱液的浓缩热；(4)氯化钠析出结晶热；（5)设备的热损失。6固碱生产将蒸发获得的液碱采用大锅熬煮或升膜一降膜一闪蒸方法进一步浓缩生产固碱，其主要消耗是燃料(煤、重油、氢气)。因此，固碱生产节能主要是充分利用燃料燃烧热量和节约燃料的流程等。离子膜烧碱优点离子膜烧碱优点(1)烧碱质量高成品烧碱含R;,}'30}50mg/kg,可满足化纤、制药等行业对高纯烧碱的质量要求。(2)能耗低国外离了膜法氯碱生产，吨碱综合能耗(蒸汽消耗折算计入电耗中)为2250kWh，比隔膜法的平均3200kWh节省950kWh}'}。(3)投资省离了膜法氯碱生产比水银法制碱节省投资10%一15%，比石棉隔膜法制碱节省投资15%一25%。(4)无污染离了膜法氯碱生产没有废物，不存在水银法制碱的汞污染和隔膜法制碱的石棉废物等污染问题。(5)氯气纯度高通常氯气纯度99%，是很好的有机氯生产原料。(6)氢气纯度高通常氢气纯度99%，可直接用于要求高纯氢的场合。随着科学技术的迅猛发展，大量的新材料、新工艺、新方法在离了膜结构、电解槽设计和电解工艺等方面应用，给离了膜法氯碱生产注入了新的活力。