重堿濕分解法聯(lián)產(chǎn)飼料級和食品級小蘇打新工藝的研究

劉宇娜,王松曉,唐晶晶

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

小蘇打(學(xué)名碳酸氫鈉)是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各大行業(yè)，包括食品、消防、化工、醫(yī)藥和橡膠等，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位[1-2]。小蘇打的生產(chǎn)方法包括復(fù)分解法、氣液相法和天然堿法等。氣液相法即純堿碳化法，因其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，是國內(nèi)生產(chǎn)小蘇打的主要方法[3]。我公司小蘇打生產(chǎn)工藝采用的就是純堿碳化法，該過程主要包括化堿、過濾除雜、碳化分離和干燥，生產(chǎn)能力為10萬t/a。其中純堿的來源大多是重灰大顆粒堿、土堿和高鹽堿等次品堿。但由于該工藝存在自身的缺陷：生產(chǎn)流程長、設(shè)備多、運(yùn)行和維護(hù)費用高和能耗高[4]；隨小蘇打需求量的提高，僅次品堿不能滿足需求，進(jìn)而轉(zhuǎn)向優(yōu)質(zhì)的純堿，增加成本和造成資源浪費。

如將聯(lián)堿碳化塔制備出的重堿經(jīng)處理直接制備成小蘇打產(chǎn)品，可節(jié)省煅燒能量，減少碳化過程，降低小蘇打生產(chǎn)用料成本，使產(chǎn)品在價格上具有優(yōu)勢。故本研究在此基礎(chǔ)上，開展了相關(guān)試驗，研究了重堿濕分解法聯(lián)產(chǎn)飼料級和和食品級小蘇打新工藝。

1 試驗部分

1.1 試驗原理

重堿中含有碳酸氫銨及碳酸鈉等雜質(zhì)，重堿在加熱過程中游離水分最先蒸發(fā)，然后是銨鹽分解，隨后是碳酸氫鈉分解, 最后會有少量的碳酸氫鈉分解很慢。上述分解過程交錯進(jìn)行，因此將重堿與蘇打母液按照一定比例配制成物料進(jìn)行濕分解反應(yīng)，控制合適的分解溫度及分解時間，可以除去大部分碳酸氫銨，過濾后使用飽和蘇打水洗滌，可以將碳酸鈉和未分解的碳酸氫銨除去得到飼料級小蘇打產(chǎn)品；對濾液進(jìn)行碳化并洗滌，可使產(chǎn)品達(dá)到食品級小蘇打標(biāo)準(zhǔn)。

其中碳酸氫銨和碳酸氫鈉的分解反應(yīng)方程式如下：

NH4HCO3→CO2↑+NH3↑+H2O↑

(1)

2NaHCO3→Na2CO3+CO2↑+H2O

(2)

1.2 試驗原料及產(chǎn)品指標(biāo)

該試驗選用重堿和小蘇打母液作為原料，其組成見表1。

表1 原料組成表

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB1887～2017)，食用小蘇打指標(biāo)和飼料級指標(biāo)如表2所示：

表2 小蘇打質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 試驗裝置

重堿濕分解法試驗采用加熱蒸發(fā)及冷卻系統(tǒng)，試驗系統(tǒng)如圖1所示。

1.蒸汽壓力顯示器 2.油浴恒溫槽 3.攪拌控制器 4.密封軸 5.雙層玻璃蒸發(fā)器 6.攪拌槳 7.排料閥門 8.冷凝器 9.冷凝水瓶 10.緩沖瓶 11.真空度控制閥 12.真空泵圖1 加熱蒸發(fā)及冷卻試驗系統(tǒng)

該裝置共包括三個系統(tǒng)：

蒸發(fā)系統(tǒng)：三層玻璃的反應(yīng)釜、攪拌機(jī)、排料

加熱系統(tǒng)：由Huber導(dǎo)熱油爐控制

冷凝及冷卻系統(tǒng)：反應(yīng)釜的冷卻由Huber導(dǎo)熱油爐控制；蒸汽冷凝采用冷水機(jī)及冷水循環(huán)系統(tǒng)。

1.4 試驗步驟

試驗流程如圖2所示。

圖2 試驗流程圖

依據(jù)該試驗流程圖，重堿濕分解試驗步驟如下：

①計算配制2∶5固液比(接近于工業(yè)化比例)的分解溶液，使用蘇打母液進(jìn)行化堿，配制成為化堿液；

②調(diào)節(jié)反應(yīng)釜溫度，對化堿液進(jìn)行不同時間的加熱分解；

③對加熱不同時間的化堿液進(jìn)行取樣、固液分離、使用蘇打母液洗滌；

④對加熱除銨后的母液進(jìn)行碳化，固液分離，并洗滌;

⑤將得到的濕固相樣品于烘箱進(jìn)行干燥；

⑥檢測結(jié)果與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 固液比的選定

工業(yè)生產(chǎn)過程對固液比選擇要求比較嚴(yán)格，固液比過大，易發(fā)生管道堵塞，固液比過低影響產(chǎn)量，本試驗中結(jié)合工業(yè)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算采用固液比例為2∶5。

2.2 不同加熱時間碳酸氫銨含量的考察

將重堿和蘇打母液按照2∶5的比例進(jìn)行配置。設(shè)定加熱溫度為90 ℃，測定不同加熱時間溶液中碳酸氫銨的含量，結(jié)果如下。

表3 不同加熱時間下碳酸氫銨的含量

從表中結(jié)果可以看出，碳酸氫銨在溶液中的含量隨加熱時間逐漸減少，在0～30 min的時候分解的最快?？紤]時間太短銨含量過高以及能耗等原因，結(jié)合產(chǎn)品指標(biāo)，經(jīng)計算加熱時間為60 min為最佳。

2.3 不同洗滌比例的配制飽和蘇打水洗滌結(jié)果

使用蘇打母液與粗重堿按照固液比為2∶5進(jìn)行配置，設(shè)定加熱溫度為90 ℃，加熱時間60 min，對溶液進(jìn)行固液分離后直接使用不同比例的配制飽和蘇打水洗滌，找出試驗最佳洗滌比例。試驗結(jié)果如表4所示。

表4 不同洗滌比例洗滌結(jié)果

從上述試驗結(jié)果可以看出，只有當(dāng)洗滌比例為2∶5時，總堿量沒有合格，其余的總堿度都合格，氯離子指標(biāo)全部合格?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，將最佳洗滌比例定為4∶5。

2.4 食品級小蘇打制備過程中洗滌比例的考察

將制備飼料級小蘇打后的母液碳化后進(jìn)行固液分離，得到的濕固相使用配制飽和蘇打水洗滌，考察不同洗滌比例對小蘇打產(chǎn)品中相關(guān)成分的影響，試驗結(jié)果如表5所示。

表5 不同洗滌比例洗滌結(jié)果

從上述試驗結(jié)果可以看出，只有當(dāng)洗滌比例為2∶5時，總堿量沒有合格，其余的總堿度都合格，氯離子指標(biāo)全部合格。并且銨鹽在洗滌比例4∶5以上也能達(dá)到合格。綜合考慮，將最佳洗滌比例定為4∶5。

3 結(jié) 論

試驗表明將聯(lián)堿碳化工序制備的粗重堿與蘇打母液按照一定比例混合后，經(jīng)加熱及洗滌可制備出飼料級小蘇打產(chǎn)品，制備飼料級小蘇打產(chǎn)品后得到的母液，經(jīng)碳化、離心及洗滌可制備出食品級小蘇打產(chǎn)品。

該方法克服了小蘇打生產(chǎn)流程長、設(shè)備多的缺點，降低了生產(chǎn)能耗，能夠使得小蘇打產(chǎn)量大大增加，符合 “低投入、高產(chǎn)出、低消耗、少排放、能循環(huán)、可持續(xù)的發(fā)展模式”。