一种制备无水硫酸钠的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备无水硫酸钠的设备和方法，特别适合于氯碱行业电解后淡盐水脱硫酸根领域。
【背景技术】
[0002]目前制备无水硫酸钠(即元明粉)的工艺都是采取结晶蒸发的工艺，然而由于水的汽化热比较大，硫酸钠采用蒸发结晶能耗比较高。另外，设备投资也比较大，而在有高浓度的氯化钠体系中，高温加热，所采用的设备加工材料就要求更高，设备的一次投入大，成本回收年限高。特别在高浓度盐水中除硫酸钠，工业更加复杂，通过用膜浓缩后，将硫酸钠的浓度浓缩到40-65g/l后用冷冻法将芒硝析出，但析出的芒硝带有10个结晶水，温度大于33°C，芒硝就会被自身的结晶水溶解，变成溶液，不好运输和储存，特别是夏天这个问题就更加突出，由于芒硝中带10个结晶水，使用起来比较受限制，所以要想做成产品就必须通过蒸发将芒硝的结晶水去除，制成无水硫酸钠，才可以出售，但目前市场的这些工艺能耗及投资均比较大。
【发明内容】
[0003]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是更有效、更经济、耗能少、能在常温下制备无水硫酸钠的设备和方法。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了一种制备无水硫酸钠的设备，包括依次连接的闭路循环膜浓缩系统、盐析系统、输送栗和常温结晶系统;其中，所述闭路循环膜浓缩系统用于对含硫酸钠的进液进行浓缩并排出含过饱和硫酸钠的浓缩液，所述盐析系统用于将浓缩液中的氯化钠-硫酸钠-水三元体系变成不稳定体系，所述输送栗用于将所述盐析系统排出的浓缩液输送至常温结晶系统，所述常温结晶系统用于将所述输送栗输送来的浓缩液进行常温结晶并离心，以得到无水硫酸钠。
[0005]进一步地，所述闭路循环膜浓缩系统包括膜单元、循环栗、电磁三通阀、硫酸根浓度在线测定仪、增压栗和高压栗;其中，膜单元的一端与进液管连接，另一端分别与清液外排管和浓缩液管路连接;在进液管上依次设置有增压栗和高压栗;在浓缩液管路上，依次设置有硫酸根浓度在线测定仪、电磁三通阀和循环栗，膜单元、硫酸根浓度在线测定仪、电磁三通阀、循环栗构成闭路循环;为了防止进液存在少量悬浮物，污堵膜单元中的膜元件，因此增压栗和高压栗之间设置有保安过滤器，经过保安过滤器的盐水通过高压栗输入膜单元中进行分离过滤;沿进液管中的进液的流动方向，高压栗的后面、膜单元的前面连接有进膜压力表;沿浓缩液管中的浓缩液的流动方向，循环栗的前面、电磁三通阀的后面连接有浓缩液压力表;进膜压力表、硫酸根浓度在线测定仪和电磁三通阀均与PLC控制系统连接，PLC控制系统能够根据硫酸根浓度在线测定仪的测定值调节高压栗的操作压力。在闭路循环膜浓缩系统的整个运行过程中，高压栗的操作压力都是变化的，其操作压力通过变频器来控制，因此使得闭路循环膜浓缩系统比开放式膜浓缩系统(“边进边出”式，即进液进入系统的同时，浓缩液一直在外排)至少节能20%。
[0006]进一步地，电磁三通阀上连接有浓缩液外排管，电磁三通阀根据硫酸根浓度在线测定仪测得的浓缩液中的硫酸根的浓度确定开启方向:当测得浓缩液中的硫酸根浓度达到过饱和时，浓缩液通过电磁三通阀由浓缩液外排管排至盐析系统；当测得浓缩液中的硫酸根浓度未达到过饱和时，浓缩液通过电磁三通阀和循环栗回到膜单元继续进行浓缩。
[0007]进一步地，膜单元设置有多个，多个膜单元为并联连接;每个膜单元包括一个或多个膜元件。由于膜元件的浓缩特性，一般膜单元设置为1个，特殊情况下不超过3个。
[0008]进一步地，膜单元设置有1个，膜单元包括一个或多个膜元件。
[0009]进一步地，闭路循环膜浓缩系统中的液体浓度一直处于动态变化，极大地降低了膜元件表面的浓差极化。
[0010]进一步地，膜元件的抗压比低于70bar，对氯化钠的截留率低于5%，对硫酸钠等二价离子的截留率高于95%。
[0011]进一步地，膜元件为芳香聚酰胺膜，经过了醇酯的抗污染处理。
[0012]进一步地，闭路循环膜浓缩系统还包括缓结晶剂添加系统，用于闭路循环膜浓缩系统运行时添加缓结晶剂，防止晶体析出。沿进液管中进液的流动方向，缓结晶剂添加系统设置在增压栗的前面或后面。
[0013]进一步地，所述常温结晶系统包括结晶器和离心机，所述结晶器与所述输送栗连接，所述离心机与所述结晶器连接，所述结晶器用于将所述输送栗输送来的浓缩液进行常温结晶，所述离心机用于将所述结晶器结晶出来的硫酸钠分离出来，以得到无水硫酸钠。
[0014]本发明的制备无水硫酸钠的设备特别适合于处理目前氯碱行业上盐水膜法除/脱硝中进冷冻的高浓度硫酸钠盐水。
[0015]本发明还提供了一种利用上述设备制备无水硫酸钠的方法，包括以下步骤:
[0016]步骤一、使含硫酸钠的盐水进入所述闭路循环膜浓缩系统；
[0017]步骤二、所述含硫酸钠的盐水经过所述闭路循环膜浓缩系统的过滤分离和浓缩，排出含过饱和硫酸钠的浓缩液；
[0018]步骤三、所述含过饱和硫酸钠的浓缩液进入所述盐析系统，所述盐析系统使浓缩液中的氯化钠-硫酸钠-水三元体系变成不稳定体系；
[0019]步骤四、所述输送栗将所述盐析系统排出的浓缩液输送至常温结晶系统，所述常温结晶系统将所述输送栗输送来的浓缩液进行常温结晶并离心，得到无水硫酸钠。
[0020]进一步地，所述步骤一中，含硫酸钠的盐水由进液管依次经过增压栗、保安过滤器和高压栗，然后进入膜单元，由膜单元中的膜元件将含硫酸钠的盐水分离过滤和浓缩形成清液和浓缩液，清液经过清液外排管排至系统外，浓缩液进入浓缩液管路;进入浓缩液管路的浓缩液依次经过硫酸根浓度在线测定仪和电磁三通阀，当所述硫酸根浓度在线测定仪测得浓缩液中的硫酸根浓度未达到过饱和时，浓缩液通过所述电磁三通阀和所述循环栗回到所述膜单元继续进行浓缩。
[0021]进一步地，所述步骤二中，当所述硫酸根浓度在线测定仪测得浓缩液中的硫酸根浓度达到过饱和时，含过饱和硫酸钠的浓缩液通过所述电磁三通阀由所述浓缩液外排管排至所述盐析系统。
[0022]进一步地，所述步骤二的所述闭路循环膜浓缩系统的浓缩过程中，为减少盐析过程中投加的盐析剂的量，硫酸根浓度达到的过饱和度不小于1。
[0023]进一步地，进入所述闭路循环浓缩系统的盐水中，氯化钠的浓度为150_290g/l，硫酸钠的浓度为7g-120g/l。
[0024]进一步地，进入所述闭路循环膜浓缩系统的盐水中，氯化钠的含量不小于150g/l，优选地为180-280g/l，更优选地为185-250g/l，硫酸钠的浓度不小于10g/l，优选地为30-100g/l，更优选地为40-70g/l。
[0025]进一步地，所述步骤四中，结晶器将输送栗输送来的浓缩液进行常温结晶，然后离心机将结晶器结晶出来的硫酸钠分离出来，得到无水硫酸钠。
[0026]进一步地，所述结晶器的温度被控制为20_45°C，优选地为20_40°C，更优选地为22-