氯酸钠真空冷却结晶工艺.pdf

收稿日期:1998-04-16第20卷第3期1998年9月南昌大学学报(工科版)Journal of Nanchang University(Engineering&Technology)Vol.20 No.3Sept.1998氯酸钠真空冷却结晶工艺施友立(福建省石油化学工业设计院,福州350001)摘要 在分析我国目前氯酸钠生产结晶工艺的基础上,指出和分析了当前生产中结晶存在的技术问题,提出采用真空冷却结晶工艺较为经济合理,是今后发展的主要方向 1关键词 氯酸钠,真空冷却,结晶,工艺中图法分类号 TQ 131112引言氯酸钠是无机盐工业的重要产品之一,它既是成品,又是基本化工原料,在氯酸盐系列产品中,它产量最大,用途最广 1电解法生产氯酸钠的工艺过程,系将饱和盐水送入电解槽内经电解得到氯酸钠水溶液(俗称电解完成液),并经结晶、分离、干燥、包装等工序制成产品 1 结晶是氯酸钠生产的一个重要工序,对产品的质量和成本影响很大 1目前我国氯酸钠厂大多数采用蒸发法和盐析法 1 蒸发法结晶的工艺过程,系将电解完成液送入蒸发器内蒸发,使氯酸钠的浓度提高到800 g/L以上,在90100 温度下,溶液中氯化钠因过饱和而先成为固体析出 1 分离后,NaClO3溶液冷却至30 时结晶析出 1 采用这种方法生产氯酸钠能耗高,工序多,蒸发器等设备腐蚀严重 1 此外,由于电解液含有重铬酸钠,蒸发以后重铬酸钠在溶液中的浓度也相应提高 1 当这种溶液结晶时,重铬酸钠也随着氯酸钠一同结晶出来,将严重影响产品质量 1 因此,蒸发法需增加去除母液中重铬酸钠的工序,同时还要去除溴酸盐和次氯酸盐,以防腐蚀设备 1 因此在生产中存在着能耗大、成本高、产品质量低劣等问题 1近年来,我国有少数厂家采用盐析法结晶工艺生产氯酸钠 1 理论上根据NaClO3-NaCl-H2O三元系统相图分析,若由电解槽中流出的电解完成液含量为氯酸钠535 g/L,氯化钠为100 g/L,此时若温度为40,溶液是未饱和的 1 在此温度下向溶液中加入氯化钠进行盐析,氯化钠即在溶液中达到 饱和状态,然后将溶液冷却至-5,此时氯酸钠也达到饱和状态,析出氯酸钠晶体 1 从而液相中的组分发生变化,氯酸钠含量降为约340 g/L,氯化钠含量上升为160 g/L,每升电解完成液可得到固体氯酸钠165 g左右11盐析法比蒸发法生产氯酸钠生产成本低,可省去除次氯酸盐和盐酸盐操作,电解液也不必去除铬酸盐 1 可得到较大颗粒的氯酸钠晶体,但也存在着对沉淀剂(盐)的质量要求高、母液量大等问题 1本文针对我国目前氯酸钠生产中结晶存在的技术问题,提出采用真空冷却结晶工艺1 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/1 真空冷却结晶工艺111 基本原理与工艺过程把电解完成液送入密闭结晶器中,器内维持较高的真空度(绝压为40006666 Pa),使器内溶液的沸点较进料温度低,于是此热浓溶液在器中闪蒸并冷却到与器内压力相对应的平衡温度(3035)1 真空的产生和维持常用多级蒸汽喷射真空泵(或机械真空泵)1 用低温冷却水将由结晶器引入冷凝器的水蒸气加以冷凝 1 在这种情况下,真空泵仅承担排出不凝性气体的任务,能量消耗可显著降低 1 在很多情况下,为了提高结晶产品的产率,常要求达到尽可能低的结晶温度,所产生的水蒸气不能被冷却水所冷凝,则需使用蒸汽喷射增压器(或称热力压缩器)将水蒸气在进入冷凝器之前先加以压缩,以提高其冷凝温度 1 过量的微晶可随母液在澄清区的顶部排出结晶器外,经母液外循环系统中的细晶消除器,用加热的方法以消除母液中的细晶 1 在结晶器内沸腾液体的表面层是产生过饱和度趋势最强烈的区域,在此区域中存在着进入不稳区而大量产生晶核的危险,导流筒则把大量高浓度的晶浆直接送到此处,使表层中随时存在着大量的晶体,从而有效地消耗不断产生的过饱和度,使之只能处在较低的水平21 工图1 真空结晶系统流程图艺流程如图1所示 1112 结晶器的选择结晶器的选择牵涉到许多因素,例如所处理物系的性质、希望晶体产品的粒度及粒度分布范围、生产能力的大小、设备费和操作费等 1物系的溶解度与温度之间的关系是选择结晶器的重要因素 1 要结晶的溶质不外乎两大类:第1类是温度降低时溶质的溶解度下降幅度大,第2类是温度降低时溶质的溶解度下降幅度很小或者具有一定逆溶解度 1 对于第2类溶质,通常须用蒸发式结晶器 1 对于第1类溶质,则可选用冷却式结晶器或真空冷却式结晶器 1结晶产品的形状、粒度及粒度范围对结晶器的选择有重要影响,要想生产颗粒较大而均匀的晶体,可选用具有粒度分级作用的或产品分级排出的混合型的结晶器 1 这类结晶器生产的晶体也便于后续处理,即过滤、洗涤、干燥等后续操作比较容易,获得的结晶产品也较纯 1由氯酸钠-氯化钠-水互溶度3可知,该物系温度降低时溶质的溶解度下降幅度dc3/d值中等(c3为溶液的平衡浓度,为溶液的温度),根据结晶理论2,真空结晶法适用于dc3/d值中等的物系,所以氯酸钠结晶宜采用真空冷却法(目前国外均采用此法)1 目前主要的通用真空结晶器有3种2:FC型强制外循环结晶器、0slo型结晶器、DTB型结晶器 1 又根据产品质量要求,生产颗粒较大而均匀的晶体,因此具有淘洗腿的DTB型结晶器(如图2所示),96第3期施友立:氯酸钠真空冷却结晶工艺 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/在氯酸钠生产中较为适用 1113 真空冷却结晶操作与控制晶核的生成是瞬时进行的快速过程,当结晶器的操作条件发生变化,晶核的生成量立即发生变化 1 故对大多数操作要求恒稳控制 1 如液位、真空度、晶浆密度、加热剂量、进出料量等 1图2 具有淘洗腿的DTB型结晶器11311 液位的控制绝大多数的结晶器都要求在恒定的液位高度下操作,所以液位控制系统须能保证液位与预期高度相差在150 mm之内 1 对于DTB结晶器,液位高度是指结晶器的进料口与器内沸腾表面之间的高度差 1 过高的液位使循环晶浆中的晶粒不能被充足地送入产生过饱和度的液体表面层 1 液位过低时,液位的微小变化可能切断导流筒上缘的循环通道,破坏结晶器的运行 111312 真空度的控制真空冷却结晶的操作压力必须仔细控制,因为它的变化可直接影响结晶温度,真空度控制系统应能使器内温度保持在预置点的0.5 之内21 国外某公司器内真空度为97300 Pa,结晶温度为30 111313 结晶时间的控制晶体生长是个很缓慢的过程,晶体在结晶器中必然有较长的停留时间 1 因而,为使氯酸钠晶体正常生长,结晶操作时间应不低于1 h21 国外某公司结晶操作时间为2.6 h111314 晶浆循环量的控制要求有足够大的循环量,一方面须防止沸腾表面层中不出现过大的过饱和度,而最大允许的过饱和度Cmax取决于介稳区宽度;另一方面内循环量必须大至足够高的晶浆悬浮密度 12 比较与小结211 比较以国外某公司20000 t/a NaClO3真空冷却结晶工艺为例,并对国内几家化工厂采用其它方法的结晶工艺进行比较 1 年工作日按330 d计 1 真空冷却法:初始进料量11672 kg/h,含氯酸钠540 g/L,氯化钠100 g/L,溶液初始温度为65,结晶控制温度约30;盐析法(1000007南昌大学学报(工科版)1998年 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/t/a NaClO3):初始进料量11763 kg/h,含氯酸钠526 g/L,氯化钠160 g/L,溶液初始温度为3540,结晶控制温度为-5;蒸发法(10000 t/a NaClO3):初始进料量8641 kg/h,含氯酸钠约900 g/L,氯化钠76.9 g/L,溶液初始温度为90100,结晶控制温度为40 1 实际生产有关数据如附表 1附表 厂家实际生产数据项目结晶方法真空冷却法盐析法蒸发法备 注溶液蒸发水量/kgh-12050/2366溶液蒸发析出盐量/kgh-1/339氯酸钠湿晶体产量/kgh-1288814441444其中含水份以3.5%计母液量/kgh-16842103234546其中:NaClO3180430391992NaCl8481347289H2O419059372265产品蒸汽用量/kgt-1/3901100真空结晶:用热水作加热剂产品循环水用量/m3t-1/28产品冷冻量/kJt-1179104106104/212 小结真空冷却法比盐析法、蒸发法能耗低,产量高,设备占地面积小,且实现了连续化生产,有操作稳定、控制容易、产品质量好的特点 1 建议有条件的工厂,采用真空冷却结晶法 1参考文献1 方贤达编 1 氯酸盐生产工艺 1 北京:化学工业出版社,19881901002 丁绪淮,谈遒编 1 工业结晶 1 北京:化学工业出版社,1985133673 北京石油化工工程公司编 1 氯碱工业理化常数手册 1 北京:化学工业出版社,19851103Brief Discussion on Crystallization of Sodium Chloratewith Vacuum and CoolingShi Youli(Fujian Petrochemical Industry Designing Institute,Fuzhou350001)ABSTRACTBased on an analysis of the sodium chlorate crystallization process currentlypractised in China,this article analyses and points out technical problems existing in the crystal2lization process and suggests that crystallization of sodium chlorate with vacuum and cooling bemore economic and reasonable and the main direction for future development.KEY WORDSsodium chlorate,vacuum,cooling,crystallization17第3期施友立:氯酸钠真空冷却结晶工艺 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/