CN108939603B - 一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学工艺领域，具体为一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法。该方法采用直接冷却结晶的方式，向结晶器中通入低温液相冷媒，冷媒和脱氨母液直接接触换热，冷媒汽化吸热，使脱氨母液降温结晶，脱氨母液悬浮液排出分离出复盐。汽化后的冷媒经制冷压缩机组压缩冷却液化，继续返回结晶器循环使用。该方法投资省、设备数量少、冷媒与换热母液温差小、换热效率高等优点，可应用于分离硫酸钠和硫酸铵过程中。

Description

一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法
技术领域
本发明属于化学工艺领域，具体为一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法。
背景技术
以芒硝为原料制备纯碱，早在19世纪就已实现工业化生产，由于生产的产品纯度低、生产成本高、人工消耗大以及生产过程均在固相间进行，难于连续作业等缺点，随被索尔维法取代。之后以芒硝为原料制备纯碱的研究一直未曾中断，世界各地开发出多种芒硝制碱方法，其中前苏联莫斯科肥料和杀虫剂研究所开发出芒硝循环法制备纯碱和硫酸铵的方法，该方法与氯化钠为原料的联合制碱法相似，生产纯碱的同时联产硫酸铵。
虽然有关芒硝制碱的研究取得了一定的成果，但在产业化过程中，一直存在硫酸钠转化率低、母液中硫酸铵难分离等问题。芒硝制碱脱氨母液中主要含有硫酸钠和硫酸铵，在分离硫酸钠和硫酸铵过程中，需降温结晶分离出硫酸钠和硫酸铵的复盐(Na2SO4·(NH4)2SO4·4H2O)。
母液冷却结晶需要使用冷却结晶器，冷却结晶器有间接换热冷却结晶器和直接换热冷却结晶器两种，间接换热冷却结晶器应用较广，物料冷却通常采用夹套或换热器的形式实现。但是结晶操作中，为了保持物料合适的过饱和度，冷媒与物料温差不能太大，否则会出现大量细小结晶，固液难以分离。如果保持物料合适的过饱和度，同时又要保持较高的换热效率，则换热面积需要增大，通常需要并联两台或多台换热器，投资较大。另外，间接换热器换热面上始终存在温差，设备运行一段时间后，换热面上出现结垢，影响换热效果，缩短设备的运行周期。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法。该方法中由于选择了合适的冷媒，并采用直接换热的方式，既能使物料与冷媒温差小，又能使冷却结晶设备高效率、长周期的运行。
为了实现以上发明目的，本发明的技术方案为：
一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，其包括如下步骤：
(1)将芒硝制碱脱氨母液从冷却结晶器的上部进入，低温液相冷媒从下部进入冷却结晶器，物料与冷媒逆流直接接触换热。其中，芒硝制碱脱氨母液温度为70-90℃，结晶器内操作温度为0-50℃，操作压力为10-100KPa。
(2)物料冷却结晶形成复盐，复盐的成分为Na2SO4·(NH4)2SO4·4H2O，复盐悬浮液从结晶器底部排出后进行固液分离，以体积计，悬浮液中固含量为10-80%。
(3)气相冷媒从冷却结晶器顶部排出，进入冷冻压缩机组，经冷冻压缩为液相，再返回冷却结晶器循环使用。
作为优选，冷却所用冷媒（先是液态，冷却物料时，吸热汽化变为气态，压缩冷却后又变为液态，如此循环使用）为丁烯、正丁烷、戊稀、环戊烷、异戊烷或新戊烷等物质中的任意一种或几种的混合物。
作为优选，液相冷媒与芒硝制碱脱氨母液的重量比为1:0.5-50。
本发明的积极效果体现在：
（一）本发明所述的分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，待结晶物料与冷媒直接接触换热，利用冷媒汽化带走热量，换热效率高。
（二）本发明所述的分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，待结晶物料与冷媒直接接触换热，设备不易结垢，设备运行周期是间接换热器的3-7倍。
（三）本发明所述的分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，待结晶物料与冷媒温差小，能保持物料合适的过饱和度，有利用形成大颗粒的结晶，易于下一步的固液分离。
（四）本发明所述的分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，复盐悬浮液中固含量和结晶粒径可以通过改变物料进液量和冷媒进料量的比例来调节，控制简便，操作弹性大。
附图说明
图 1本发明中所述分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的流程示意图。
其中，A为冷却结晶器，B为冷冻机组，1为芒硝制碱脱氨母液，2、复盐悬浮液，3为液相冷媒，4为气相冷媒。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请文件中，如无特殊说明，%均表示其质量百分含量。但固含量中%均为表观体积百分含量。
实施例1：
一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，如图1所示，具体步骤如下：
(1)芒硝制碱脱氨母液从上部进入冷却结晶器，低温液相冷媒从下部进入冷却结晶器，物料与冷媒逆流直接接触换热，芒硝制碱脱氨母液温度为80℃，冷却结晶器内操作温度为30℃，操作压力为100KPa；
(2)物料冷却结晶形成复盐悬浮液，以表观体积百分含量计，悬浮液中的固含量为40%，复盐结晶粒径为0.5-4mm，悬浮液从结晶器底部排出后进行固液分离；
(3)气相冷媒从冷却结晶器的顶部排出，进入冷冻压缩机组，经冷冻压缩为液相，再返回冷却结晶器循环使用；
(4)冷却所用冷媒为异戊烷；
(5)液相冷媒与芒硝制碱脱氨母液的重量比为1:20。
实施例2：
一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，具体步骤如下：
(1)芒硝制碱脱氨母液从上部进入冷却结晶器，低温液相冷媒从下部进入冷却结晶器，物料与冷媒逆流直接接触换热，芒硝制碱脱氨母液温度为90℃，冷却结晶器内操作温度为50℃，操作压力为80KPa；
(2)物料冷却结晶形成复盐悬浮液，悬浮液中固含量为50%，复盐结晶粒径为0.5-4mm，悬浮液从结晶器底部排出后进行固液分离；
(3)气相冷媒从冷却结晶器的顶部排出，进入冷冻压缩机组，经冷冻压缩为液相，再返回冷却结晶器循环使用；
(4)冷却所用冷媒为环戊烷；
(5)液相冷媒与芒硝制碱脱氨母液的重量比为1:50。
实施例3：
一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，具体步骤如下：
(1)芒硝制碱脱氨母液从上部进入冷却结晶器，低温液相冷媒从下部进入冷却结晶器，物料与冷媒逆流直接接触换热，芒硝制碱脱氨母液温度为70℃，冷却结晶器内的操作温度为15℃，操作压力为60KPa；
(2)物料冷却结晶形成复盐悬浮液，悬浮液中固含量为60%，复盐结晶粒径为0.5-4mm，悬浮液从冷却结晶器的底部排出后进行固液分离；
(3)气相冷媒从冷却结晶器的顶部排出，进入冷冻压缩机组，经冷冻压缩为液相，再返回冷却结晶器中循环使用；
(4)冷却所用冷媒为新戊烷；
(5)液相冷媒与芒硝制碱脱氨母液的重量比为1:70。
实施例4：
一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，具体步骤如下：
(1)芒硝制碱脱氨母液从上部进入冷却结晶器，低温液相冷媒从下部进入冷却结晶器，物料与冷媒逆流直接接触换热，芒硝制碱脱氨母液温度为70℃，冷却结晶器内的操作温度为15℃，操作压力为60KPa；
(2)物料冷却结晶形成复盐悬浮液，悬浮液中固含量为40%，复盐结晶粒径为0.01-0.2mm，悬浮液从冷却结晶器的底部排出后进行固液分离，由于结晶颗粒太细，脱水效果不佳，离心机经常拉稀；
(3)气相冷媒从冷却结晶器的顶部排出，进入冷冻压缩机组，经冷冻压缩为液相，再返回冷却结晶器中循环使用；
(4)冷却所用冷媒为液氮；
(5)液相冷媒与芒硝制碱脱氨母液的重量比为1:80。
实施例5：
一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，具体步骤如下：
(1)将芒硝制碱脱氨母液送入DTB结晶器，DTB结晶器带有两台外循环换热器，用循环水通过列管换热器冷却结晶器内物料，芒硝制碱脱氨母液温度为78℃，结晶器内部温度为50℃，结晶器内压力为常压，循环水上水30℃；
(2)物料冷却结晶形成复盐悬浮液，悬浮液中固含量为40%，复盐结晶粒径为0.5-0.5mm，悬浮液从结晶器底部排出后进行固液分离；
(3)由于采用间接换热，换热管上极易有结晶析出，附着在换热管上，影响换热效果，两台换热器轮换使用，每天更换一次。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种分离硫酸钠和硫酸铵过程中直接冷却结晶的方法，其特征在于包括以下步骤：
将芒硝制碱脱氨母液从冷却结晶器的上部进入，与液相冷媒直接逆流接触换热，降温结晶析出复盐，复盐悬浮液从冷却结晶器底部排出，然后进行固液分离；液相冷媒从冷却结晶器的底部进入，与结晶器内的脱氨母液直接逆流接触，吸热汽化，气相冷媒从冷却结晶器的顶部排出，进入冷冻压缩机组，经冷冻压缩成液相后返回冷却结晶器进行循环使用；所述的冷媒为丁烯、正丁烷、戊稀、环戊烷、异戊烷和新戊烷中的任意一种或几种的混合物；液相冷媒与芒硝制碱脱氨母液的质量比为1:0.5-50；所述的芒硝制碱脱氨母液从冷却结晶器的上部进入时的温度为70-90℃。
2.根据权利要求1所述直接冷却结晶的方法，其特征在于：所述的冷却结晶器的操作温度为0-50℃，操作压力为10-100KPa。
3.根据权利要求1所述直接冷却结晶的方法，其特征在于：所述从冷却器底部排出的复盐悬浮液中，固液表观体积比为10-80％。
4.根据权利要求1所述直接冷却结晶的方法，其特征在于：所述的复盐为Na2SO4·(NH4)2SO4·4H2O。
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