利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的方法与流程

1.本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的方法。


背景技术：

2.芒硝化学名硫酸钠，主要包括无水元明粉(na2so4)和十水硫酸钠(na2so4·
10h2o)。用芒硝生产小苏打在60年代纯碱紧俏时，国家就鼓励研究复分解生产小苏打的工作，但因从反应和四元分离技术未能过质量关和成本关未曾突破形成工业化生产。随着环保要求越来越高，为保证水质安全，酸水采用碱中和后，蒸发得硫酸钠量也越来越多，固废处置的问题也急需解决。
3.现有技术中处理酸水，釆用碱中和经净化冷析得十水硫酸钠(na2so4·
10h2o)的生产工艺，但仍面临环保和因芒硝处置成本高无销售出路等严重问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的方法，省去硫酸钠浓缩的步骤，直接加碳酸氢铵生产小苏打及副产物硫酸铵附加值高，能够带来更高的经济效益。
5.本发明的技术方案为：
6.一种利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的方法，包括以下步骤：
7.1)小苏打的析出：将硫酸钠精制液输送至冷析转鼓结晶装置，冷却结晶析出结晶十水硫酸钠，将十水硫酸钠和碳酸氢铵输送至反应釜中，进行复分解反应，形成反应浆料，将反应浆料输送至晶核成长釜结晶，然后过滤得到小苏打粗品和母液一，将得到的小苏打粗品洗涤、脱水、干燥得到小苏打产品；
8.2)碳酸氢铵的回用：将母液一输送至蒸氨塔中脱氨、脱碳，蒸氨塔中的蒸汽冷凝液输送至碳化塔碳化后再输送至稠厚器一冷凝结晶，离心脱水，得到碳酸氢铵和母液二，将碳酸氢铵送至步骤1)的反应釜回用；
9.3)硫酸钠的回用：将母液二输送至多效蒸发器一多效蒸发，过滤、离心脱水得到硫酸钠粗品和母液三，将硫酸钠粗品送至步骤1)反应釜回用；
10.4)硫酸铵的析出：将母液三送至多效蒸发器二浓缩冷却后，输送至稠厚器二，离心脱水得到硫酸铵产品。
11.优选地，步骤1)中复分解反应温度为35-40℃，反应时间为30-60min。
12.优选地，步骤1)中硫酸钠的溶解度为410-450g/l。
13.优选地，步骤1)中硫酸钠和碳酸氢铵的摩尔比为na2so
4:
:2nh4hc03＝1:(1.1-1.2)。
14.优选地，步骤1)中小苏打粗品洗涤是用15-20℃清水。
15.优选地，步骤1)中干燥的温度为55-60℃干燥时间为2-3小时。
16.优选地，步骤3)中多效蒸发析出无水硫酸钠的温度为104-106℃，步骤4)中母液三
冷却结晶出硫酸铵的温度为35-40℃。
17.利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的方法，所述方法采用的系统包括通过管路依次连通的贮罐一、冷析转鼓结晶装置、中转槽和双推离心机一，双推离心机一的固体出口通过管路依次连接有溶解釜、计量皮带输送机、反应釜、晶核成长釜、过渡釜和真空带式过滤机一；真空带式过滤机一的固体出口通过管路依次连接漂洗釜、真空带式过滤机二，真空带式过滤机二的固体出口通过管路连接双推离心机二，双推离心机二的固体出口通过管路依次连接流化床和筛分机；所述冷析转鼓结晶装置连接有冰机；真空带式过滤机一的滤液出口通过管路依次连接有贮罐二和蒸氨塔，蒸氨塔的气相出口通过管路依次连接碳化塔和稠厚器一，稠厚器一的固体出口通过管路连接反应釜，稠厚器一的母液出口通过管路依次连接贮罐三、多效蒸发器一和离心机一，离心机一的固体出口通过管路连接溶解釜，离心机一的母液出口通过管路依次连接多效蒸发器二、稠厚器二和离心机二。
18.优选地，冷析转鼓结晶装置包括硫酸钠溶液槽、硫酸钠固体收集槽、转鼓和收集刮刀，转鼓设置于硫酸钠溶液槽上方且转鼓部分置于硫酸钠溶液中；收集刮刀设置于转鼓的一侧，收集刮刀的一端与转鼓抵接，收集刮刀远离转鼓的一端置于硫酸钠固体收集槽上方。利用硫酸钠低温溶解度小的特点，通过与转鼓接触将常温硫酸钠急冷，将超饱和硫酸钠结晶在转鼓外圆柱面上，转鼓顺时针旋转，用收集刮刀将已经结晶的十水硫酸钠收集入硫酸钠固体收集槽，转鼓持续旋转可以连续结晶析出十水硫酸钠，再用收集刮刀收集，形成冷析生产十水硫酸钠的连续生产。
19.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
20.1.本发明采用冷析转鼓结晶装置剥落析出十水硫酸钠，将冷媒进入转鼓内，转鼓外壳在硫酸钠溶液中，利用转鼓急降温吸结晶于转鼓壳筒上，用收集刮刀剥离得十水硫酸钠，硫酸钠结晶率高，更加省时节能；2.省去硫酸钠浓缩的步骤，直接加碳酸氢铵生产小苏打及副产物硫酸铵附加值高，能够带来更高的经济效益；3.脱氨、脱碳得到的碳酸氢氨回用，既能降耗又能提高经济效益。
附图说明
21.图1是本发明的工艺流程框图。
22.图2是本发明的系统结构示意图一。
23.图3是本发明的系统结构示意图二。
24.图4是冷析转鼓结晶装置的结构示意图。
25.图5是na2·
nh4·
∥so4·
hco3体系相图。
26.图中，1、贮罐一；2、冷析转鼓结晶装置；201、硫酸钠溶液槽；202、硫酸钠固体收集槽；203、转鼓；204、收集刮刀；3、中转槽；4、双推离心机一；5、溶解釜；6、计量皮带输送机；7、反应釜；8、晶核成长釜；9、过渡釜；10、真空带式过滤机一；11、漂洗釜；12、真空带式过滤机二；13、双推离心机二；14、流化床；15、筛分机；16、冰机；17、贮罐二；18、蒸氨塔；19、碳化塔；20、稠厚器一；21、贮罐三；22、多效蒸发器一；23、离心机一；24、多效蒸发器二；25、稠厚器二；26、离心机二。
具体实施方式
27.实施例
28.如图1所示，本实施例提供了一种利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的方法，包括以下步骤：
29.1)小苏打的析出：将硫酸钠精制液输送至冷析转鼓结晶装置2，硫酸钠的溶解度为410g/l，冷却结晶析出结晶十水硫酸钠，将十水硫酸钠和碳酸氢铵输送至反应釜7中，硫酸钠和碳酸氢铵的摩尔比为na2so
4:
:2nh4hc03＝1:1.113，进行复分解反应，复分解反应温度为35℃，反应时间为30min，形成反应浆料，将反应浆料输送至晶核成长釜8结晶，然后过滤得到小苏打粗品和母液一，将得到的小苏打粗品用20℃清水洗涤、脱水、干燥得到小苏打产品，干燥的温度为60℃干燥时间为2小时；
30.2)碳酸氢铵的回用：将步骤1)生成小苏打得到的母液一分离，输送至蒸氨塔18中脱氨、脱碳，蒸氨塔中的蒸汽冷凝液输送至碳化塔19碳化后再输送至稠厚器一20冷凝结晶，离心脱水，得到碳酸氢铵和母液二，将碳酸氢铵送至步骤1)反应釜7回用；
31.3)硫酸钠的回用：将母液二输送至多效蒸发器一22多效蒸发，析出无水硫酸钠的温度为106℃，过滤、离心脱水得到硫酸钠粗品和母液三，将硫酸钠粗品送至步骤1)反应釜7回用；
32.4)硫酸铵的析出：将步骤3)产生的母液三送至多效蒸发器二24浓缩冷却后，母液三冷却结晶出硫酸铵的温度为36℃，输送至稠厚器二25，离心脱水得到硫酸铵产品。
33.如图2和4所示，利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的反应装置，具体包括：通过管路依次连通的贮罐一1、冷析转鼓结晶装置2、中转槽3和双推离心机一4，双推离心机一4的固体出口通过管路依次连接有溶解釜5、计量皮带输送机6、反应釜7、晶核成长釜8、过渡釜9和真空带式过滤机一10；所述冷析转鼓结晶装置2包括硫酸钠溶液槽201、硫酸钠固体收集槽202、转鼓203和收集刮刀204，转鼓203设置于硫酸钠溶液槽201上方且转鼓203部分置于硫酸钠溶液中；收集刮刀204设置于转鼓203的一侧，收集刮刀204的一端与转鼓203抵接，收集刮刀204远离转鼓203的一端置于硫酸钠固体收集槽202上方。
34.真空带式过滤机一10的固体出口通过管路依次连接漂洗釜11、真空带式过滤机二12，真空带式过滤机二12的固体出口通过管路连接双推离心机二13，双推离心机二13的固体出口通过管路依次连接流化床14和筛分机15；所述冷析转鼓结晶装置2连接有冰机16；
35.真空带式过滤机一10的滤液出口通过管路依次连接有贮罐二17和蒸氨塔18，蒸氨塔18的气相出口通过管路依次连接碳化塔19和稠厚器一20，稠厚器一20的固体出口通过管路连接反应釜7，稠厚器一20的母液出口通过管路依次连接贮罐三21、多效蒸发器一22和离心机一23离心机一23的固体出口通过管路连接溶解釜5，离心机一23的母液出口通过管路依次连接多效蒸发器二24、稠厚器二25和离心机二26。
36.工艺过程：
37.先将贮罐一1中含20％na2so4的精制液用泵抽入至冷析转鼓结晶装置2，转鼓中由冰机16和泵送来冷媒制冷，冷析转鼓结晶装置2槽内液中冷析结晶十水芒硝(na2so4.10h20)经冷析转鼓结晶装置2外壳结晶,再在冷析转鼓结晶装置2鼓壳即将入水时，被剥离至中转槽3，再入双推离心机一4脫去外表水，再入溶解釜5溶解成溶液，经泵抽入反应釜7用计量皮带输送机6加入碳酸氢铵进入复分解反应，再由泵抽入晶核成长釜8，再用泵抽入过渡釜9，
由泵抽入真空带式过滤机一10抽滤得到小苏打粗品，小苏打粗品入漂洗釜11洗涤，再由泵抽入真空带式过滤机二12过滤洗涤后入双推离心机二13脱水后，入流化床14干燥，再经筛分机15得小苏打产品。真空带式过滤机一10过滤后得到的母液经分离器入贮罐二17，从贮罐二17中抽液入蒸氨塔18中，分离升华的氨和二氧化碳冷凝入碳化塔19碳化后入稠厚器一20冷凝结晶，再离心脱水得碳酸氢铵送至反应釜7反应回用；从稠厚器一20出来的母液二入贮罐三21，用泵抽入多效蒸发器一22的一效蒸发器和二效蒸发器蒸发，并经离心机一23脫水分离出硫酸钠供溶解釜5溶解用于生产小苏打配料；离心机一23出来的母液三入多效蒸发器二24的三效蒸发器和四效蒸发器经浓缩冷却后入稠厚器二25再入离心机二26脫水得硫酸铵产品。
38.工作原理：
39.一种利用芒硝与碳酸氢铵复分解生产小苏打联产硫酸铵的方法是基于相平衡原理和溶解度。
40.以芒硝和碳酸氢铵为原料用复分解法制备研究反应式如下：
41.na2so4 2nh4hco3＝2nahco3 (nh4)2so442.溶液溶解度平衡绘制相图na2·
nh4·
∥so4·
hco3。由图5可见体系存在6个结晶区，(nh4)2so4、nh4hco3、nahco3、na2so4、nh4hco3·
4h2o、na2so4·
10h2o结晶区和4个三盐共饱点,nahco3的结晶区占有相当大的比例，可以得出体系中容易获得nahco3结晶,原因是在此体系中,它的溶解度最小。
43.na2so4和nh4hco3二者配料关系直接关系到nahco3结晶析出，控制二者的比例在摩尔比为na2so
4:
:2nh4hc03＝1:1.113。
44.温度对nahco3产品影响：nh4hco3属弱碱性质地物品，在温度高于40℃时则易分解为nh3升华和co2排出，而在复解反应则需要有一定的温度，因为温度低于35℃则有na2so4·
10h2o结晶析出，形成伴nahco3结晶，影响小苏打质量，应控制温度在35-40℃。
45.浓度和时间对转化率和收率的影响：na2so4在40℃溶解度最大值460g/l，选在410g/l适合复分离子与hco3转换，具体时间是30秒，考虑到晶核成长扩延10倍，定格在30分钟。尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。