純堿(蘇打)是如何生產出來的

 

純堿，又名蘇打，學名為碳酸鈉，化學式為Na2CO3，是一種非常重要的化工原料，廣泛應用于制造玻璃、冶煉金屬、印染、洗滌等方面。那么純堿是怎么制備出來的？想知道純堿的制備工藝嗎？

制備純堿最為著名的技術有兩種。一種是氨堿法制純堿，由比利時人索爾維研制，又名索氏制堿法，另一種是聯合制堿法，由我國的侯德榜先生研制，又名侯氏制堿法。  

這兩項技術原理相同，總反應方程式為：

從原理反應中，可以看到，反應原料有四種，分別是NaCl、NH3、H2O 和 CO2 。但兩項技術的原料獲取方式不同。

氨堿法 

原料鹽（NaCl）和水，可以直接獲取。 

原料CO2 來源于是煅燒石灰石。

產生的CaO可以用來回收NH4+ （NH4Cl），實現NH3的循環使用。

原料氨可以循環利用。 

優點：

1、原料石灰石、鹽（NaCl）、水，價格便宜，易于獲取。

2、另一原料氨，可以循環利用，損傷較少。

3、能夠大規模連續生產，易于機械化，自動化，可得到較高質量的純堿。

缺點：

1、原料利用率低，造成大量含有Cl-的廢液排出，嚴重污染環境。

2、蒸餾以回收氨，需設置蒸氨塔，消耗大量的蒸汽和石灰，從而造成流程長，設備龐大和能量上的浪費。 

工藝主要過程

1、CO2 氣體和石灰乳的制備。煅燒石灰石制得石灰和二氧化碳，將石灰入水得石灰乳。

2、鹽水的制備、精制及氨化，制氨鹽水。

3、氨鹽水的碳酸化制重堿。來自石灰石煅燒及重堿煅燒的CO2，經壓縮、冷卻送至碳化塔。

4、重堿的過濾及洗滌（即碳化所得晶漿的液固分離）。

5、重堿煅燒制得純堿成品及CO2。

6、母液中氨的蒸餾回收。

下面為大家詳細介紹。

1，石灰石煅燒與制備石灰乳

石灰窯圖解

CO2是由煅燒石灰石得到的，反應簡單但工業過程并不容易。

生產上為了保證反應速度，溫度比計算的略高，窯內溫度范圍940-1200°C。溫度太高，可能結疤影響生產正常進行，或生成“過燒石灰”也不利。 

煅燒石灰石得到的CaO先與水反應生成氫氧化鈣。實際生產中氫氧化鈣是過飽和的，是溶液與未溶解固體的混合物，稱為石灰乳。要求石灰乳較稠為好，這樣對蒸氨過程有利。但太稠了粘度大，易堵塞管道。其在水中溶解度很低，且隨溫度升高而降低。

2，飽和食鹽水制備和精制

目的： 是將粗鹽中所含雜質如Ca鹽和Mg鹽等除去，因為在吸收氨和碳酸化過程中，可能生成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，使管道堵塞或影響產品質量。

方法： 先加入石灰乳使鎂離子變成鈣離子：

除鈣可用下列兩法之一：

A（石灰塔氣法 ）和B（石灰純堿法）

3，鹽水吸氨制氨鹽水

吸氨過程的主要反應為：

反應放熱較多，每千克氨吸收成氨鹽水可放熱4280kJ。如不及時移走，可使系統溫度升高到90℃以上 。溫度升高，氨分壓增加，對吸收過程是不利的。所以要用多個塔外水冷器冷卻。使塔中部溫度為60 ℃ ，底部為30 ℃。 副反應有與鈣鎂離子反應生成沉淀的反應。

吸氨的主要設備是吸氨塔。氨從中部引入，引入處反應劇烈，溫升大，所以部分吸氨液循環冷卻后繼續。上部各段都有溶液冷卻循環以保證塔內溫度。澄清桶的目的是除去少量鈣鎂鹽沉淀，達到雜質含量少于0.1kg/m-3的標準。操作壓力略低于大氣壓，減少氨損失和循環氨引入。

4，氨鹽水的碳酸化

碳酸化過程分為三步：氨鹽水先與CO2反應生成氨基甲酸銨，然后再水解生成碳酸氫銨，再與鈉離子反應生成碳酸氫鈉。

氨鹽水碳酸化反應是放熱反應，放熱量不大，但是要注意冷卻才能保證反應正常進行。

氨鹽水進塔溫度約30~50 ℃，塔中部溫度升到60 ℃左右，中部不冷卻，但下部要冷卻，控制塔底溫度在30 ℃以下，保證結晶析出。

溫度條件中注意碳化塔中部溫度高些。其原因是一方面反應本身有一些熱量放出，另一方面主要是考慮結晶初期溫度高一點對晶粒長大有利，可形成較大晶體以利過濾。同時冷卻速度不宜過快，過快可能形成結晶漿，難于過濾分離。

生產中要注意清洗堵塞的結晶及雜質沉淀。往往一塔生產，另一塔清洗。用新鮮氨鹽水和CO2使結晶生成碳酸鹽溶解除去。

5，氨的回收

氨堿法生產純堿時，氨是循環利用的。因此要將母液中的氨鹽分解以回收氨。此過程稱為蒸氨過程。

實際操作過程中還應注意加熱段與石灰乳蒸餾段連接處。因加熱后液體基本無游離氨，平衡氨分壓接近零。而下部來的氣體氨含量高，所以有部分氨反而要溶于液體中，加熱段并不能完全將游離氨除凈。

6，重質純堿的制造

過濾：分離晶漿中懸浮的固相NaHCO3 (45~50%)，在過濾 的同時進行洗滌，把重堿中殘留的母液洗去，并進行脫水，使重堿含水量降低。 

所得到的粗重堿的組分一般為下圖所示：

煅燒后，首先驅出游離水分，然后進行碳酸氫銨和碳酸氫鈉的分解，獲得產品NaCO3。

重堿煅燒反應方程式：

重堿煅燒的工藝流程

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