【摘 要】
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碳酸钠（俗称纯碱）是一种重要的化工原料,在各类工业领域都有广泛的用途。中国已是纯碱生产大国,年生产能力已达2000万吨。纯碱生产工艺根据原料的不同有三类方法:索尔维法（氨碱法）、侯氏制碱法（联碱法）和天然碱法。索尔维制碱法在中国纯碱生产中占有主导地位,此工艺100多年来在技术上没有明显进步。针对索尔维制碱法中高温煅烧制备轻质纯碱这一工段能耗高污染重等问题,论文深入研究如何通过反溶剂结晶技术降低煅烧
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【基金项目】
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the National Science Foundation of China （Grants 21506218,21476235,U1407112）；
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碳酸钠（俗称纯碱）是一种重要的化工原料,在各类工业领域都有广泛的用途。中国已是纯碱生产大国,年生产能力已达2000万吨。纯碱生产工艺根据原料的不同有三类方法:索尔维法（氨碱法）、侯氏制碱法（联碱法）和天然碱法。索尔维制碱法在中国纯碱生产中占有主导地位,此工艺100多年来在技术上没有明显进步。针对索尔维制碱法中高温煅烧制备轻质纯碱这一工段能耗高污染重等问题,论文深入研究如何通过反溶剂结晶技术降低煅烧温度取代该工段,提出由一乙醇胺（MEA）反溶剂转相技术制备重碱的新方法,简称为改进的索尔维制碱法,展开了相关热力学体系理论研究以及模拟计算等工作。取得的研究成果总结如下:（1）实验成功测定了 NaHCO3和Na2CO3等无机盐在MEA水溶液中的溶解度。利用混合电解质溶剂（Mixed Electrolyte Solvent）活度系数模型,回归了电解质溶液离子间和MEA间的相互作用参数,建立了化学模型。该模型可以精确计算纯碱-MEA体系的热力学性质,如:溶解度、活度系数、水的活度、离子分布等,为新工艺的开发和工程放大提供理论基础。（2）考察了 NaHCO3在MEA反溶剂中的转相结晶行为,阐述了这一反应的机理和热力学原理。实验发现在80℃下,在含有65wt.%的一乙醇胺溶液中,碳酸氢钠转相为无水碳酸钠,最终得到堆积密度高达1.01g/cm3的重质纯碱产品。MEA可以降低溶液水的活度,实现从一水碳酸钠到无水碳酸钠的转变。（3）为了提高利用碳酸钾,乙醇胺（MEA）/二乙醇胺（DEA）体系脱除二氧化碳的效率,建立了K-CO3-HCO.3-MEA/DEA-CO2-H2O体系热力学模型,并对这一体系四元体系进行了模拟计算。结果显示:在碳酸钾体系中加入少量DEA,或在DEA体系加入少量碳酸钾,均可加快二氧化碳的脱除效率。（4）每生产一吨纯碱需要排放约0.3吨的废渣,其主要成分为氯化钙和碳酸钙。研究提出了利用碱渣和废硫酸在100°下直接反应制备阿尔法高强石膏的新工艺,将碱渣中的钙资源转变为优良的建筑材料,提高碱渣的附加值。实验考察了体系温度、反应时间、固液比、H2SO4浓度对二水硫酸钙的影响,发现升高温度和延长停留时间可以得到颗粒大形貌好的结晶,丁二酸和EDTA-2Na可以将二水硫酸钙在氯化钙介质中制备为高强石膏,无需高温高压的反应条件。
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