一种由氯化钴溶液蒸发结晶制备氯化钴的方法与流程

本发明属于氯化钴的制备技术领域，特别涉及一种由氯化钴溶液蒸发结晶制备氯化钴的方法。

背景技术

现有的盐溶液蒸发方法是采用单效釜式蒸发，能源消耗大，蒸发到一定程度即进行冷却结晶，结晶后的母液继续回釜中进行蒸发，体系中的母液被重复进行加热、冷却、再加热，能量损耗非常大。

氯化钴的主要应用为：在仪器制造中用作生产气压计、比重计、干湿指示剂等，陶瓷工业用作着色剂，涂料工业用于制造油漆催干剂，畜牧业中用于配制复合饲料，酿造工业用作啤酒泡沫稳定剂，国防工业用于制造毒气罩，化学反应中用作催化剂，分析化学中用于点滴分析锌，单倍体育种，此外，还用于制造隐显墨水、氯化钴试纸，变色硅胶等，还用作氨的吸收剂。

氯化钴晶体在室温下稳定，受热后失去结晶水变成蓝色，在潮湿的空气中则又变回红色。现有氯化钴溶液采用釜式常压蒸发，冷却结晶，母液回釜继续蒸发，结晶得到氯化钴一次收率为28％，密度1.52g/ml，该方法的缺点是工艺流程长、能耗大，且由于大量母液冷却加热造成运行成本高，设备投资多，而且结晶的氯化钴颗粒过小，需采用带滤布式间歇离心机，效率极低。

技术实现要素：

本发明提供了一种晶体颗粒较大，结晶成本较低的由氯化钴溶液蒸发结晶制备氯化钴的方法。

(1)预热：

将温度≥10℃的氯化钴溶液泵送到原液罐内，由原料泵加压后进入1级换热器进行预热，然后在经2级预热器预热后，进入降膜蒸发器内；

其中，如采用双效蒸发，原液经原料泵加压后进入1级换热器预热到60-65℃，然后经2级预热器加热到75-80℃，再进入降膜蒸发器内；

如采用mvr蒸发，原液经原料泵加压后进入1级换热器预热到45-50℃，然后经2级预热器加热到60-65℃，再进入降膜蒸发器内；

预热的温度是由其最终蒸发需要的温度决定的，mvr最终蒸发的温度低，所以要求预热的温度也低，双效蒸发温度高，需要预热的温度也高。

(2)蒸发浓缩：

降膜蒸发：将步骤(1)预热的氯化钴溶液泵入降膜蒸发器内，降膜蒸发器管内的原料与管外加热蒸汽换热使原料沸腾蒸发，原料被浓缩后泵送入强制蒸发器内；降膜蒸发可以为双效降膜蒸发或mvr蒸发；其中，采用双效降膜蒸发氯化钴溶液先进行二效蒸发然后再进行一效蒸发；采用mvr蒸发氯化钴溶液先进行一级蒸发再进行二级蒸发。

mvr蒸发采用顺序的蒸发方式，物料由一级到二级，双效采用逆序的蒸发方式，物料由二效到一效能够保证浓溶液的温度大于86℃，物料可以溶解于其自身的结晶水。

强制蒸发：强制蒸发器的换热器壳层通入新鲜蒸汽，使强制蒸发器管内的原料与壳层蒸汽换热使原料蒸发，再次浓缩直至氯化钴的浓度达到54-55％后，依靠位差连续送入高位罐内；

蒸发阶段将氯化钴的浓度直接提高到54-55％，即将氯化钴溶液中除结晶水以外的游离水全部蒸发掉，蒸发完成后由于温度超过85℃，氯化钴溶解于其自身的结晶水当中，基本还是溶液状态，避免了母液需要重复的升温、降温、再升温的过程，且能够一次性将产品氯化钴全部蒸发结晶出来。

其中，经双效蒸发产生的二次蒸汽返回预热器作为预热器的热源，降膜蒸发器的换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐；

强制蒸发器产生的二次蒸汽经过分离器把水蒸汽中的液滴分离后进入降膜蒸发器壳层；强制蒸发器的换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐。

在蒸发过程中将氯化钴溶液中除结晶水以外的游离水全蒸发了出来，使得一次收率大幅提高，处理成本大幅降低，该工艺使得溶液的沸点升高较高，达到21度，采用多效法进行蒸发是可行的。

将经mvr蒸发产生的二次蒸汽进入各自的分离器把水蒸气中的液滴从蒸汽中分离出去形成二次蒸汽，二次蒸汽进入离心压缩机，水蒸气被压缩后温度和压力升高，一部分进入降膜蒸发器壳层加热物料，另一部分较高温度的水蒸气进入罗茨压缩机，进一步提高温度和压力后进入强制蒸发器换热管外面，与管内原料换热，水蒸气放出潜热被冷凝为冷凝水。

强制蒸发器的强制换热器产生的冷凝水进入降膜换热器壳层，降膜蒸发器的换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐。

在蒸发过程中将氯化钴溶液中除结晶水以外的游离水全蒸发了出来，使得溶液的沸点升高较高，达到21度，远超过通常mvr蒸发器的能力，因此采用两台压缩机串联解决温升高的问题，离心压缩机和罗茨压缩机均可，完全串联与部分串联也都可以实现，考虑到压缩机的处理能力一级投资成本，本发明实际采用离心与罗茨的部分串联法实现。

(3)冷却结晶：将送入高位罐内的浓缩液进行结晶，得到结晶颗粒；

游离水全部蒸发掉的过程中由于氯化钴的过饱和度更高，略降温即可能结成一块，不能将如此高的过饱和度的液体直接冷却结晶，因此，在结晶过程中，将温度大于85℃去除游离水的超浓的氯化钴溶液加入到冷的氯化钴饱和溶液中(可以是原先结晶的分离母液，也可以是新配置的氯化钴饱和溶液，新配置的只需一次，以后会一直回用)，这样使得氯化钴的过饱和度得到有效控制，从而解决了将游离水全部蒸发掉的过程中由于氯化钴的过饱和度更高，略降温即可能结成一块的问题，使得生产可以进行，而且得到颗粒非常大的结晶。

其中，冷的氯化钴饱和溶液的质量为超浓的氯化钴溶液的质量的1倍-5倍较好。

(4)离心分离：结晶颗粒连续进入离心机，进行离心分离，母液进入母液罐，采用母液泵将母液泵回高位结晶罐；

(5)包装：离心分离后的固体包装。

不凝汽冷却器、调节阀、汽水分离器、真空泵组成稳压系统，保证蒸发器工作在设计压力，以保证蒸发温度稳定在工艺要求范围内。

有益效果：

本发明在蒸发过程中将氯化钴溶液中除结晶水以外的游离水全蒸发了出来，避免了母液需要重复的升温、降温过程。采用两台压缩机部分串联法，或者直接两效法进行蒸发，解决了溶液的沸点升温较高的问题；在结晶过程中，将完全去除游离水的超浓的氯化钴溶液加入到冷的氯化钴饱和溶液中，这样使得氯化钴的过饱和度得到有效控制，从而使得生产可以进行，而且得到颗粒非常大的结晶。

本发明蒸发工艺比现有蒸发工艺更节能，节能约60％，比现有蒸发工艺更稳定。得到了优异结晶体。

附图说明

图1为本发明实施例1的工艺流程图；

图2为本发明实施例2的工艺流程图；

图3为本发明实施例1得到的氯化钴的结晶图；

图4为本发明对比实施例1得到的氯化钴的结晶图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1

(1)预热：

将温度≥10℃的氯化钴溶液泵送到原液罐内，由原料泵加压后进入1级板式换热器预热到65℃，然后经2级预热器加热到77℃，再进入降膜蒸发器内；

(2)蒸发浓缩：

降膜蒸发：将步骤(1)预热的氯化钴溶液泵入二效降膜蒸发器内，降膜蒸发器管内的原料与管外加热蒸汽换热使原料沸腾蒸发，然后送入一效降膜蒸发器内，降膜蒸发器管内的原料与管外加热蒸汽换热使原料沸腾蒸发，原料被浓缩后泵送入强制蒸发器内；

强制蒸发：强制蒸发器的换热器壳层通入新鲜蒸汽，使强制蒸发器管内的原料与壳层蒸汽换热使原料蒸发，再次浓缩直至氯化钴的浓度达到54-55％后，依靠位差连续送入高位罐内；

其中，降膜蒸发器蒸发产生的二次蒸汽返回预热器作为预热器的热源，降膜蒸发器的换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐；再次浓缩直至氯化钴的浓度达到54-55％后，依靠位差连续送入高位罐内。

强制蒸发器产生的二次蒸汽经过分离器把水蒸汽中的液滴分离后进入降膜蒸发器壳层；强制蒸发器的强制换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐。

(3)冷却结晶：将送入高位罐内的浓缩液进行结晶，得到结晶颗粒；

在结晶过程中，将温度大于85℃基本去除游离水的超浓的氯化钴溶液加入到冷的氯化钴饱和溶液中使得氯化钴的过饱和度得到有效控制，从而使得生产可以进行，得到颗粒非常大的结晶，其中，冷的氯化钴饱和溶液的质量为超浓氯化钴溶液的质量的1.5倍。

(4)离心分离：结晶颗粒连续进入离心机，进行离心分离，母液进入母液罐，母液泵将母液泵回高位结晶罐；

(5)包装：离心分离后的固体包装。

进料溶液：盐含量约34％，密度1.34g/ml，ph>1，进料量：11.123t/h，蒸发量4.2吨/小时，饱和溶液沸点升高：≤22℃，压缩机电耗：≤73kwh/t，出料物态：六水氯化钴，蒸馏水清澈，ph>3.2；

取样检测结果：粒径1.5-2mm。

实施例2

(1)预热：

将温度≥10℃的氯化钴溶液泵送到原液罐内，由原料泵加压后进入1级板式换热器预热到48℃，然后经2级预热器加热到65℃，再进入降膜蒸发器内；

(2)蒸发浓缩：

降膜蒸发：将步骤(1)预热的氯化钴溶液泵入mvr降膜蒸发器内，降膜蒸发器管内的原料与管外加热蒸汽换热使原料沸腾蒸发，原料被浓缩后泵送入强制蒸发器内；

强制蒸发：强制蒸发器的换热器壳层通入新鲜蒸汽，使强制蒸发器管内的原料与壳层蒸汽换热使原料蒸发，再次浓缩直至氯化钴的浓度达到54-55％后，依靠位差连续送入高位罐内；

其中，进入降膜蒸发器及强制蒸发器进行蒸发产生的二次蒸汽进入各自的分离器把水蒸气中的液滴从蒸汽中分离出去形成二次蒸汽，二次蒸汽进入离心压缩机，水蒸气被压缩后温度和压力升高，一部分进入降膜蒸发器壳层加热物料，另一部分较高温度的水蒸气进入罗茨压缩机，进一步提高温度和压力后进入强制蒸发器换热管外面，与管内原料换热，水蒸气放出潜热被冷凝为冷凝水。

强制蒸发器的强制换热器产生的冷凝水进入降膜换热器壳层，降膜蒸发器的换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐。

(3)冷却结晶：将送入高位罐内的浓缩液进行结晶，得到结晶颗粒；

在结晶过程中，将去除游离水的超浓的氯化钴溶液加入到冷的氯化钴饱和溶液中，这样使得氯化钴的过饱和度得到有效控制，从而使得生产可以进行，得到颗粒非常大的结晶，其中，冷的氯化钴饱和溶液的质量为超浓氯化钴溶液的质量的3倍。

(4)离心分离：结晶颗粒连续进入离心机，进行离心分离，母液进入母液罐，母液泵将母液泵回高位结晶罐；

(5)包装：离心分离后的固体包装。

进料溶液：盐含量约34％，密度1.34g/ml，ph>1.5，进料量：11.123t/h，蒸发量4.2吨/小时，饱和溶液沸点升高：≤22℃，压缩机电耗：≤73kwh/t，出料物态：六水氯化钴，蒸馏水清澈，ph>3.2；

取样检测结果：粒径1-2mm。

实施例3

(1)预热：

将温度≥10℃的氯化钴溶液泵送到原液罐内，由原料泵加压后进入1级板式换热器预热到60℃，然后经2级预热器加热到75℃，再进入降膜蒸发器内；

(3)冷却结晶

在结晶过程中，将去除游离水的超浓的氯化钴溶液加入到冷的氯化钴饱和溶液中，这样使得氯化钴的过饱和度得到有效控制，从而使得生产可以进行，得到颗粒非常大的结晶，其中，冷的氯化钴饱和溶液的质量为超浓的氯化钴溶液的质量的5倍。

其他步骤同实施例1。

进料溶液：盐含量约34％，密度1.34g/ml，ph>1.5，进料量：11.123t/h，蒸发量4.2吨/小时，饱和溶液沸点升高：≤22℃，压缩机电耗：≤73kwh/t，出料物态：六水氯化钴，蒸馏水清澈，ph>3.2；

取样检测结果：粒径1-2mm。

对比实施例1

(1)预热：

将温度≥10℃的氯化钴溶液泵送到原液罐内，由原料泵加压后进入1级板式换热器预热到65℃，然后经2级预热器加热到77℃，再进入降膜蒸发器内；

(2)蒸发浓缩：

降膜蒸发：将步骤(1)预热的氯化钴溶液泵入单效降膜蒸发器内，单效降膜蒸发器管内的原料与管外加热蒸汽换热使原料沸腾蒸发；浓缩后依靠位差连续送入高位罐内；

其中，降膜蒸发器蒸发产生的二次蒸汽进入冷凝器冷凝，降膜蒸发器的换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐；

(3)冷却结晶：将送入高位罐内的浓缩液进行结晶，得到结晶颗粒，母液回釜蒸发。

(4)离心分离：结晶颗粒连续进入间歇离心机，进行离心分离，母液进入母液罐，母液泵将母液泵回高位结晶罐；

(5)包装：离心分离后的固体包装。

取样检测结果：粒径0.15-0.2mm。

对比实施例2

(1)预热：

将温度≥30℃的氯化钴溶液泵送到原液罐内，由原料泵加压后进入1级板式换热器预热到65℃，然后经2级预热器加热到77℃，再进入降膜蒸发器内；

(2)蒸发浓缩：

降膜蒸发：将步骤(1)预热的氯化钴溶液泵入一效降膜蒸发器内，一效降膜蒸发器管内的原料与管外加热蒸汽换热使原料沸腾蒸发，原料被浓缩后泵送入强制蒸发器内；

强制蒸发：强制蒸发器的换热器壳层通入新鲜蒸汽，使强制蒸发器管内的原料与壳层蒸汽换热使原料蒸发，再次浓缩直至氯化钴的浓度达到54-55％后，依靠位差连续送入高位罐内；

其中，降膜蒸发器蒸发产生的二次蒸汽进入冷凝器冷凝，降膜蒸发器的换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐；

强制蒸发器产生的二次蒸汽经过分离器把水蒸汽中的液滴分离后进入降膜蒸发器壳层；强制蒸发器的强制换热器产生的冷凝水在换热器的底部汇集后进入冷凝水罐。

(3)冷却结晶：将送入高位罐内的浓缩液进行结晶，得到结晶颗粒；

(4)离心分离：结晶颗粒连续进入离心机，进行离心分离，母液进入母液罐，母液泵将母液泵回高位结晶罐；

(5)包装：离心分离后的固体包装。取样检测结果：粒径0.2-0.3mm。