一种预碳化法提高小苏打粒度的装置及生产方法与流程

本发明涉及一种改善反应结晶产品粒度的装置，更具体的说，是涉及一种预碳化法提高小苏打粒度的装置及生产方法。

背景技术

小苏打是重要的无机化工产品之一，广泛应用于化工、轻工、医药、纺织和精细化工等众多领域。我国作为小苏打的产能大国，每年的进出口量达到数百万吨，然而随着市场上特殊行业(如饲料行业，皮革行业)用户和企业需求数量的增多，国内的单一产品已远不能满足要求。与国内当前主要用在食品行业的小苏打相比，这些特殊行业对小苏打产品粒度有一定要求，因此颗粒状小苏打的工业化生产成为了当前众多企业紧密关注的热点问题。

已有专利技术对颗粒状小苏打的研究中，主要包括复分解法、结晶器法、添加晶种法。

如专利cn101696022a中公开了“复分解生产食品级小苏打的工艺方法”，采用小规模、三级复分解反应的间歇生产工艺，期间多次采用真空带式过滤洗涤，工艺复杂，且产品容易受到污染；而专利cn101185484a“连续控制复分解食品级小苏打生产工艺”中，对cn101696022a技术进行了优化，实现了连续化生产，氯化钠和碳酸氢铵的复分解反应是在一级搅拌器中进行，可生产20-300目的多种规格产品，然而在后续分离干燥工艺中，能耗过大，生产成本较大。

结晶器法中则有索尔维公司的cn1047839a的专利和我公司cn104402023b的专利技术。索尔维公司技术主要采用外加流化床结晶器的工艺，生产过程中过饱和溶液围绕晶种长大，但是该工艺需建造特定结晶器，且维持溶液一定的过饱和度，操作和工业化推广难度都很大。

我公司技术则直接采用结晶器法取代传统意义上碳化塔的生产装置，该生产技术国内外均未见报道，然而由于整个工艺对结晶器的设计要求苛刻，且在生产过程中对操作人员技能的要求较高，大范围工业化推广仍需一段时间。

添加晶种方法则主要以我公司申请公开号为cn104402023b的专利技术为代表，采用外添加晶种和在已完成碳化反应的碳化塔底返回一部分晶浆液重新碳化的方式生产粒状小苏打，该方法在实际操作过程中，人工工作量较大，塔的生产效率有所降低，且碳化塔制碱周期延长的不明显，碳化产生的尾气没有得到很好的利用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种预碳化法提高小苏打粒度的装置及生产方法，在此基础上实现尾气的有效利用，降低生产成本、工艺操作简单，便于推广，且连续制备出粒径在150目-32目的小苏打产品。

本发明的目的可通过以下技术方案实现。

本发明的预碳化法提高小苏打粒度的装置，包括并列设置的碳化塔，根据用途不同将碳化塔分为清洗塔和制碱塔，每个所述碳化塔的顶部均设置有尾气排放口，顶部侧面均设置有进料口，底部侧面均设置有混合进气口和液体出液口；每个碳化塔的混合进气口均连接有混合气进气管路，所述混合气进气管路由低浓度二氧化碳管路和高浓度二氧化碳管路汇合而成；每个碳化塔的液体出液口均连接有碳化液体出液管路，所述碳化液体出液管路分支为碳化晶浆管路和预碳化晶浆液管路，所述碳化晶浆管路经晶浆泵连接至稠厚器，所述稠厚器与离心干燥系统连接，所述预碳化晶浆液管路经碱液泵连接至每个碳化塔的进料口；每个碳化塔的进料口均连接有化碱液管路，每个碳化塔的尾气排放口均连接有尾气放空管路和碳化尾气循环利用管路，所述碳化尾气循环利用管路连接至低浓度二氧化碳管路。

所述低浓度二氧化碳管路、高浓度二氧化碳管路、碳化晶浆管路、预碳化晶浆液管路、化碱液管路、尾气放空管路和碳化尾气循环利用管路均分别设置有阀门；当某碳化塔作为清洗塔时，该碳化塔连接的高浓度二氧化碳管路和碳化晶浆管路上的阀门均关闭；当某碳化塔作为制碱塔时，该碳化塔连接的低浓度二氧化碳管路和预碳化晶浆液管路上的阀门均关闭。

所述碳化塔的规格参数均相同，根据实际生产工况确定清洗塔和制碱塔的数量，且清洗塔个数小于或等于碳化塔总数的50％。

所述碳化塔优选设置为四个，其中优选清洗塔1-2个，制碱塔2-3个。

所述低浓度二氧化碳管路内的二氧化碳浓度为15％-35％，所述高浓度二氧化碳管路内的二氧化碳浓度为45％-65％。

本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

本发明的预碳化法提高小苏打产品粒度的生产方法，包括以下步骤：

(1)将原料溶解并净化后得到的化碱液送至部分作为清洗塔的碳化塔的进料口，在这些碳化塔内与低浓度二氧化碳进行预碳化反应，得到相应温度下的过饱和溶液后，继续延长反应停留时间，且定时对这些碳化塔(清洗塔)内液体取样检测，直至这些碳化塔内产生晶体，固液比不超过10％；

(2)开启碱液泵，将清洗塔内的预碳化晶浆液输送至各作为制碱塔的碳化塔顶部侧面的进料口，返回的总液量等于清洗塔液体出液口流出的晶浆液总量，在碳化塔(制碱塔)中与高浓度二氧化碳进一步进行碳化反应；

(3)制碱塔底部流出的碳化晶浆液经晶浆泵送至稠厚器，稠厚后的碳酸氢钠结晶连续输送至离心干燥系统，最终得到成品小苏打。

步骤(1)中所述低浓度二氧化碳浓度范围介于15％-35％之间，在开车初期优选浓度为35％，装置正常生产之后二氧化碳浓度优选25％，步骤(1)中所述固液比优选5％。

低浓度二氧化碳开车初期采用高浓度二氧化碳与氮气配置而成，装置正常生产之后，低浓度二氧化碳主要采用碳化尾气，辅助少量的高浓度二氧化碳。

步骤(2)中所述所述高浓度二氧化碳浓度为45％-65％，由来自于管网浓度为90％的二氧化碳气体与管网氮气混配制得。

步骤(1)和(2)中所述碳化塔的尺寸参数均相同，根据碳化塔在生产过程中的作用不同而进行的区分，根据实际生产情况，选择性的将其中的部分碳化塔作为制碱塔，其余部分碳化塔作为清洗塔，清洗塔与制碱塔之间可以灵活的进行切换。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明与采用结晶器等方法相比，无需改变原有碳化法工艺流程，操作简单，即可实现产品粒度增大；与传统碳化塔生产方法相比，碳化塔的尾气能够得到进一步有效利用，同时整个装置在没有机械设备零部件损坏的情况下，可以连续无间断的长周期运转。实际生产过程中碳化塔的制碱周期得到明显的提升，装置的生产效率显著提高，生产成本比公司未改造之前的成本降低30％。

(2)本发明中开车初期，在清洗塔内对碱液进行预碳化，让化碱液与低浓度二氧化碳反应，于该生产温度下形成过饱和溶液后，继续延长停留时间使之产生少量的碳酸氢钠晶粒，之后将预碳化的晶浆送往制碱塔中与高浓度二氧化碳接触时，因晶浆中存在少量的晶粒，溶质优先围绕晶种生长，有效的控制系统内部出现爆发成核的现象，产品粒度最终得到有效增长。

(3)本发明中清洗塔和制碱塔并用，能够兼顾塔的清洗和生产，且巧妙解决清洗塔洗水的去向，系统母液膨胀问题得到根本性的解决，装置年生产效率和开工率得到很大的提升。

(4)采用本发明可生产出150目-32目各种规格的产品，小苏打产品的粒度也有很大的改善；生产出来的产品最大粒径能够达到32目，60-120目的产品质量含量占到63％，60-32目的产品质量百分含量能够占到11％。

附图说明

图1是本发明预碳化法提高小苏打粒度的装置示意图；

图2为采用cn104402023b的方法生产的碳化法小苏打产品粒度分布图；

图3是实施例1生产的小苏打产品粒度分布图；

图4是实施例2生产的小苏打产品粒度分布图；

图5是实施例1生产的小苏打产品显微镜图。

附图标记:1碳化塔，2化碱液管路，3混合气进气管路，4低浓度二氧化碳管路，5高浓度二氧化碳管路，6碳化液体出液管路，7碳化晶浆管路，8预碳化晶浆液管路，9碱液泵，10晶浆泵，11离心干燥系统，12稠厚器，13碳化尾气循环利用管路，14尾气放空管路，15阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明的预碳化法提高小苏打粒度的装置，包括并列设置的碳化塔1，根据用途不同将碳化塔1分为清洗塔和制碱塔，所述碳化塔1的规格参数均相同，根据实际生产工况确定清洗塔和制碱塔的数量，且清洗塔个数小于或等于碳化塔1总数的50％。所述碳化塔1优选设置为四个，其中优选清洗塔1-2个，制碱塔2-3个，图1仅为一种示例，其中1-1为清洗塔，1-2、1-3、1-4为制碱塔。所述清洗塔的作用不但体现在对附着在塔内的结晶产物进行清洗，而且充分利用碳化尾气，将含有晶浆颗粒的清洗液与低浓度二氧化碳再次进行预碳化，之后平均分配给后续制碱塔。所述制碱塔的用途则是将清洗塔内反应的预碳化液与高浓度二氧化碳再次碳化，产生更多的溶质并围绕着晶浆颗粒长大得到碳化晶浆液。

每个所述碳化塔1的顶部均设置有尾气排放口，顶部侧面均设置有进料口，底部侧面均设置有混合进气口和液体出液口。每个碳化塔1的混合进气口均连接有混合气进气管路3，所述混合气进气管路3由低浓度二氧化碳管路4和高浓度二氧化碳管路5汇合而成，所述低浓度二氧化碳管路4内的二氧化碳浓度为15％-35％，来自于碳化尾气循环利用管路13中的尾气，并辅助少量高浓度二氧化碳混配而成，所述高浓度二氧化碳管路内的二氧化碳浓度为45％-65％，由来自于管网浓度为90％左右的二氧化碳气体与管网氮气混配制得。

每个碳化塔1的液体出液口均连接有碳化液体出液管路6，所述碳化液体出液管路6分支为碳化晶浆管路7和预碳化晶浆液管路8，所述碳化晶浆管路7经晶浆泵10连接至稠厚器12，所述稠厚器12与离心干燥系统11连接，所述预碳化晶浆液管路8经碱液泵9连接至每个碳化塔1的进料口。当某碳化塔1作为清洗塔时，由该碳化塔1底部出来的液体称为预碳化晶浆液，预碳化晶浆液经过碱液泵9压送至其它作为制碱塔的碳化塔1顶部侧面的进料口。当某碳化塔1作为制碱塔时，由该碳化塔1底部出来的晶浆液称为碳化晶浆液，送入碳化晶浆管路7，碳化晶浆液经过晶浆泵10压送至稠厚器12稠厚后，进入离心干燥系统11，最终制得成品。

每个碳化塔1的进料口均连接有化碱液管路2，每个碳化塔1的尾气排放口均连接有尾气放空管路14和碳化尾气循环利用管路13，所述碳化尾气循环利用管路13连接至低浓度二氧化碳管路4。所述低浓度二氧化碳管路4、高浓度二氧化碳管路5、碳化晶浆管路7、预碳化晶浆液管路8、化碱液管路2、尾气放空管路14和碳化尾气循环利用管路13均分别设置有阀门15。使用时，当某碳化塔1作为清洗塔时，该碳化塔1连接的高浓度二氧化碳管路5和碳化晶浆管路7上的阀门15均关闭，该碳化塔1连接的低浓度二氧化碳管路4和预碳化晶浆液管路8上的阀门15均打开。当某碳化塔1作为制碱塔时，该碳化塔1连接的低浓度二氧化碳管路4和预碳化晶浆液管路8上的阀门15均关闭，该碳化塔1连接的高浓度二氧化碳管路5和碳化晶浆管路7上的阀门15均打开。

本发明预碳化法提高小苏打产品粒度的生产方法，具体过程如下：

(1)开车初期，将原料溶解并净化后得到的化碱液送至部分作为清洗塔的碳化塔1的进料口18，在这些碳化塔1内与低浓度二氧化碳进行预碳化反应，得到相应温度下的过饱和溶液后，继续延长反应停留时间，之后定时对这些碳化塔1(清洗塔)内液体取样检测，直至这些碳化塔1内产生少量的晶体，固液比不超过10％，优选5％。

此处所述的原料为工业碳酸钠，包含工业次品碳酸钠和重灰细粉。次品碳酸钠通常指氯化物含量、铁含量或者水不溶物含量中的任何一个指标超过国家标准的产品；重灰细粉通常指经过物理筛分筛上物的产品，该产品各项指标符合纯碱指标要求，然而粒度不符合标准。

此处所述低浓度二氧化碳浓度范围介于15％-35％之间，在开车初期优选浓度为35％，装置正常生产之后二氧化碳浓度优选25％。所述的低浓度二氧化碳在开车初期，利用高浓度二氧化碳与氮气混合配置之后得到，正常运行过程中，则主要为其余作为制碱塔的碳化塔1顶部的碳化尾气，辅助少量高浓度二氧化碳。碳化尾气中的二氧化碳浓度经检测和实验摸索，满足预碳化反应对气体浓度的要求，尾气再次进行循环回收利用，降低了生产成本。

此处净化优选的依次采用澄清桶和微孔过滤器，澄清后溶液进入碱液储桶，然后送至碳化塔1。

(2)当清洗塔内产生少量晶体之后，开启碱液泵9，将清洗塔内的预碳化晶浆液输送至各作为制碱塔的碳化塔1顶部侧面的进料口，返回的总液量等于清洗塔液体出液口流出的晶浆液总量，在碳化塔(制碱塔)中与高浓度二氧化碳进一步进行碳化反应。预碳化晶浆液在制碱塔中与高浓度二氧化碳接触时，因晶浆中存在少量的晶粒，溶质优先围绕晶种生长，有效的控制系统内部出现爆发成核的现象，产品粒度最终得到有效增长。

此处所述高浓度二氧化碳浓度为45％-65％，由来自于管网浓度为90％左右的二氧化碳气体与管网氮气混配制得。

步骤(1)和(2)中碳化塔1的尺寸等参数均相同，根据碳化塔1在生产过程中的作用不同而进行的区分，根据实际生产情况，选择性的将其中的部分碳化塔作为制碱塔，其余部分碳化塔作为清洗塔，清洗塔与制碱塔之间可以灵活的进行切换，避免了传统生产工艺当中，因制碱周期到期而停塔清洗或者减负荷生产，采用该工艺则能够实现塔清洗、生产同时进行，巧妙解决清洗塔洗水的去向，系统母液膨胀问题得到根本性的解决，装置年生产效率和开工率得到很大的提升。本发明中操作参数控制采用现有的小苏打生产过程中的控制参数即可。

(3)制碱塔底部流出的碳化晶浆液经晶浆泵10送至稠厚器12，稠厚后的碳酸氢钠结晶连续输送至离心干燥系统11，最终得到成品小苏打。

对比例1

采用已有cn104402023b专利方法进行小苏打生产，碳化塔装置生产出的小苏打产品平均粒径为176.5μm，碳化塔的制碱周期为120h。

实施例1

本发明预碳化法提高小苏打产品粒度的生产方法，具体过程如下：

(1)将工业次品碳酸钠和重灰细粉的混合物溶解配成总碱度为80-85tt的混合溶液，依次采用澄清桶和微孔过滤器净化使溶液中的钙镁含量降至20ppm以下，存入碱液储桶，得到化碱液，然后以80-110m³/h的流量送至一个清洗塔进料口，在清洗塔内与低浓度二氧化碳(20％-35％)进行预碳化反应，形成相应温度下的过饱和溶液，继续延长反应停留时间，使混合液中产生少量的晶体，直至固液比达5％。其中，化碱液可以是来自步骤(3)中离心机甩出的离心母液。

(2)从清洗塔底部液体出液口流出的预碳化晶浆液，在碱液泵9的作用下以80-110m³/h的流量返回至剩余三个制碱塔的进料口，在碳化塔(制碱塔)中与浓度为45％-65％的高浓度二氧化碳气体进一步进行碳化反应。

(3)将制碱塔液体出液口流出的碳化晶浆液送至稠厚器12，稠厚后的碳酸氢钠结晶连续输送至离心机干燥，将离心干燥之后的小苏打送入170℃-190℃高温的气流干燥器进行10s左右的气流干燥，然后经过冷风冷却，振动筛分之后，进入包装车间包装，能够得到7.5t/h的产量，产品指标达到行业标准。

经检测：得到的小苏打产品粒径<120目(>125μm)的质量含量>40％，80目-120目(125μm﹤粒径﹤180μm)的质量含量>30％，小于80目(粒径>180μm)的质量含量>10％。

对比图2和图3，采用已有cn104402023b专利方法进行小苏打生产，碳化塔装置生产出的小苏打产品平均粒径为176.5μm，碳化塔的制碱周期为120h。采用本发明方法进行小苏打生产，生产出的产品的平均粒径为180.2μm。然而从粒径分布图中可以看出，本发明方法中产品粒径低于80μm以下的百分含量较少，即微细粉含量少，便于产品的包装。另外，由显微镜图5可知，产品的外观为棒状晶体。

实施例2

本发明预碳化法提高小苏打产品粒度的生产方法，具体过程如下：

(1)将工业次品碳酸钠溶解配成总碱度为80-85tt的混合溶液，依次采用澄清桶和微孔过滤器净化使溶液中的钙镁含量降至20ppm以下，得到化碱液。工业次品碳酸钠原料溶解采用的化碱液来自步骤(3)中离心机甩出的离心母液

将实施例1方法中的清洗塔切换成制碱塔，取代三个制碱塔中的一个，并同时对替换下来的制碱塔用化碱液进行清洗，由于该制碱塔中存有残留的碳酸氢钠结晶，此时采用的低浓度二氧化碳直接采用碳化尾气(二氧化碳浓度为15％-25％)即可，达到清洗和预碳化的目的。

若有四个碳化塔，那么清洗塔的数目根据实际生产工况最多为两个，否则影响生产效率。清洗塔和制碱塔的切换周期根据实际生产情况，一般当清洗塔和制碱塔第一次进行轮换之后，后续的切换周期为24小时，即实施例2步骤1中取代下来的制碱塔作为清洗塔使用，24小时后用该塔去替换剩余一直未被切换的制碱塔，后续操作以此类推。

(2)将带有结晶颗粒的预碳化晶浆液在碱液泵9的作用下以80-110m³/h的流量返回至其它三个制碱塔，为其提供晶种，延长了反应结晶时间，产品粒度增大。在制碱塔中与浓度为45％-65％的高浓度二氧化碳气体进一步进行碳化反应，由于晶种的存在，溶质优先围绕着晶种生长，产品粒度最终得以长大。

(3)将制碱塔液体出液口流出的碳化晶浆液送至稠厚器12，稠厚后的碳酸氢钠结晶连续输送至离心机干燥，将离心干燥之后的小苏打送入170℃-190℃高温的气流干燥器进行10s左右的气流干燥，然后经过冷风冷却，振动筛分之后，进入包装车间包装，能够得到7.5t/h的产量，产品指标达到行业标准。

经检测：得到的产品<120目(粒径>125μm)质量含量>74％，60目-120目(125μm<粒径<250μm)质量含量>63％，32目-60目(250μm<粒径≦500μm)>11％。

对比图3和图4，由于前期清洗塔内反应时间的积累，清洗塔内部存在一定数量和较大粒径的碳酸氢钠晶浆颗粒，以这部分晶浆作为制碱塔的晶种，再次经过制碱塔内的重结晶碳化反应，产品比实施例1中的平均粒径要大，达到了310.6μm，且125um以上的产品质量百分含量超过74％。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。