小蘇打母液冷卻再結(jié)晶工藝試驗

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(1.內(nèi)蒙古明大新科技有限責任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯　017000;2.大連市化工設(shè)計院有限公司，遼寧 大連　116000;3.沈陽石油化工設(shè)計院大連分院，遼寧 大連　116000)

1　天然堿鹵制備小蘇打的原理

天然堿鹵吸收二氧化碳氣，使其中的碳酸鈉重碳酸化，轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^小的碳酸氫鈉沉淀的過程，是一個多溫條件下，伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收、傳熱、結(jié)晶的復(fù)雜過程以及具有氣、液、 固三相的復(fù)雜過程。而NaHCO3的結(jié)晶是過程的中心，是過程最佳化的控制因素。

堿液中的重碳酸化反應(yīng)為:

Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3+61.21 kJ/mol

這個反應(yīng)的結(jié)果是生成溶解度較反應(yīng)物小的NaHCO3，并放出熱量。因此，逐漸向堿液中加入CO2并不斷移走NaHCO3(結(jié)晶)和熱量(降溫)，有利于反應(yīng)向右進行。析出較大的NaHCO3結(jié)晶顆粒，才便于過濾和洗滌，使它與母液分離時損失小。尤其是必須避免出現(xiàn)“糊狀”結(jié)晶，100 μm左右的NaHCO3結(jié)晶顆粒有較好的過濾性能。

2　現(xiàn)有生產(chǎn)存在的問題

鄂托克旗現(xiàn)有的小蘇打生產(chǎn),原料主要是湖內(nèi)直接抽取的已制好的鹵水(鹵水各成分平均含量為：Na2CO3140 g/L、Na2SO432 g/L、NaCl 105 g/L)，再兌一少部分天然堿(片堿)，溶化天然堿過程中調(diào)節(jié)各組分含量，達到進塔液濃度的要求后進入碳化工序。碳化過程中產(chǎn)生很多通常稱為“浮堿”的細小晶體，過濾時隨母液排出，致使母液中存在大量的小蘇打細小晶體。

另外，用湖內(nèi)鹵水直接化堿，過濾母液不回收，就全部排入母液池(在每年的5月～10月期間)。雖說有母液池露天沉降蒸發(fā)，回收一部分所謂的母液堿，但勢必要造成很大的浪費，同時露天的蒸發(fā)環(huán)境，泥沙和灰塵及其他雜質(zhì)落入母液中，使小蘇打產(chǎn)品的質(zhì)量降低。

3　小蘇打母液冷卻再結(jié)晶工藝試驗

本裝置在未用湖內(nèi)鹵水之前，是用過濾后排出的母液直接化堿，作為碳化液。這樣母液的利用率高,同時母液中的細小晶體可以作為晶種，為NaHCO3晶體更好地形成，起到了一定的促進作用。

將以上方法應(yīng)用到鹵水制小蘇打工藝中。

因此利用冷卻結(jié)晶器，適當冷卻母液，使細小晶體得以長大，便于過濾。因為冷卻形成的結(jié)晶體含有結(jié)晶水，氯化物含量也高，這樣就使小蘇打的質(zhì)量受到一定的影響。但相比露天蒸發(fā)，母液中雜質(zhì)少，小蘇打質(zhì)量有很大的改善和提高，產(chǎn)品價格也有保障。

對經(jīng)冷卻結(jié)晶后排出母液進行加熱濕分解，使母液中剩余的碳酸氫鈉的得以分解，母液中碳酸鈉的含量增加，分解排出的二氧化碳回壓縮工序，進行二次利用，提高尾氣二氧化碳的利用率。分解后碳酸鈉含量高的母液返回堿液制備工序，補充堿液濃度的不足，母液得以重復(fù)利用，減少排放。工藝流程見圖1。

圖1　小蘇打生產(chǎn)工藝流程圖

表1是對冷卻結(jié)晶前和冷卻結(jié)晶后的母液進行測定的兩組數(shù)據(jù)。

表1　冷卻結(jié)晶前后母液成分對比表(單位:g/L)

從表1分析的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過冷卻結(jié)晶后母液中Na2CO3的含量升高，NaHCO3的含量減少，說明小蘇打晶體在長大，冷卻結(jié)晶后可以回收部分小蘇打，因此利用母液冷卻結(jié)晶工藝，進行小蘇打的二次回收，技術(shù)上是合理的，有待逐步完善推廣。

表2是露天蒸發(fā)回收母液和冷卻結(jié)晶母液生產(chǎn)的小蘇打產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)。

表2　兩種工藝生產(chǎn)的小蘇打產(chǎn)品質(zhì)量

從表2 分析的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過冷卻結(jié)晶母液生產(chǎn)的小蘇打，沒有雜質(zhì)成分，NaHCO3的含量高；而露天蒸發(fā)母液生產(chǎn)的NaHCO3含量低，碳酸鈉、硫酸鈉的的含量比較高，說明冷卻結(jié)晶工藝的產(chǎn)品質(zhì)量相比露天蒸發(fā)工藝所得產(chǎn)品質(zhì)量，得到了實質(zhì)性的提升。

4　結(jié)　語

從產(chǎn)品的銷售環(huán)節(jié)對比，露天蒸發(fā)工藝的小蘇打產(chǎn)品成本約300元/噸，售價650元/噸；冷卻結(jié)晶工藝的小蘇打產(chǎn)品成本約420元/噸，售價1 100元/噸。兩者利潤相差330元/噸。按年產(chǎn)3000 t的二級品小蘇打核算，制成二級品小蘇打可新增利潤99萬元，直接的經(jīng)濟效益還是比較可觀的。小蘇打母液冷卻再結(jié)晶工藝可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，值得推廣嘗試。