4.1.3　联合制碱法生产纯碱和氯化铵

石灰窑中所生成的CaO供（3)式反应使用。

2)氨碱法相图讨论

因为影响盐类互溶体系或熔融体系反应平衡的因素很多,难以准确计算平衡常数。工业生产多利用相图来找出反应进展的深度、原料利用程度、反应适宜条件。

氨盐水碳酸化后是个多元物系。该物系在一般条件下没有复盐或带结晶水的盐生成,属于简单复分解类型。工业生产条件下,碳酸化后溶液中存有Na＋,NH4＋,Cl－,HCO3－和CO3

2－。原料食盐中虽有SO42－等,但由于体系碳酸化度达190%～195%,CO3

2－在体系中含量很少,SO4

2－的量也不大,可以忽略。对于NaCl—NH4 Cl—NH4 HCO3—NaHCO3—H2 O体系,虽然有4种盐和水共存,但其中一个不是独立组分,由复分解反应所决定,因而体系是四元交互体系。

（1)相律

相律用下式表示:F＝c－φ＋2

式中　c——独立组分数,为4;

　φ——相数;

　F——体系的自由度。

氨碱法常在指定压强下进行,因此自由度为:F＝4－φ＋1＝5－φ。

氨碱法制碱时,要求物系中仅有碳酸氢钠析出,不应有其他盐（如NH4 HCO3,NH4 Cl)夹杂。体系仅有两相:碳酸氢钠固相和溶液相。此时,体系的自由度为:F＝5－2＝3。

可见,完全碳酸化并只析出碳酸氢钠时,体系由3个强度变数决定体系平衡状态。溶液中Na＋越少而Cl－越多,则钠的利用越完全;溶液中NH4＋越多而HCO3－越少,则氨利用得越完全。欲获得最大的钠利用率,应考虑温度和盐水某两个浓度因素。当温度一定时,体系自由度为2,制碱过程的相平衡关系就可以用平面相图来比较方便地表示了。

（2)四元相图的组成及原料利用率

氨碱法制碱过程常用四元相图,如图4.1所示。体系4个组分的平衡浓度关系可以在图上清楚地表示出来。图中P1是几种盐的共析点。在共析点处,盐的饱和溶液中含4种离子: Na＋,NH4＋,Cl－,HCO3－。阳离子的量与阴离子的量相等:［Na＋］＋［NH4＋］＝［Cl－］＋［HCO3－］。所以通常用离子浓度来表示体系中4个组分的浓度更为简便。NaCl与NaHCO3的配比不同,对NH4 HCO3的析出量有明显影响。根据相图中的杠杆定律和向量法则,由NaCl（A)与NH4 HCO3（C)混合所得物系的总组成必然在AC线上（见图4.1)。因为只要求析出NaHCO3,所以物系的总组成必须在NaHCO3的饱和面上,即在AC线的RS范围内。按NaCl与NH4 HCO3不同的配比,物系总组成可能在X,Y,Z等各点。这些点的平衡液相组成都在NaHCO3饱和面上,所以物系必然分成两相:固体NaHCO3和相应的饱和溶液。