CN108950591B - 一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置及制备方法。一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置包括阳极循环圈、阴极循环圈与结晶蒸发系统；制备方法包括电解步骤与蒸发结晶步骤，电解系统以二氧化碳气体为原料，催化电解钠盐溶液，产生草酸钠溶液，当草酸钠溶液浓度达到5％～10％时，将草酸钠溶液通入结晶蒸发系统进行蒸发结晶；草酸钠溶液通入结晶蒸发系统依次经过酸化槽的酸化作用、脱气罐去除二氧化碳气体、一级蒸发器与二级蒸发器对草酸钠溶液进行结晶蒸发、离心机将草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体分离、干燥机将分离后的草酸钠晶体进行干燥；最终得到草酸钠晶体颗粒。

Description

一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种生产草酸钠的化工工艺，特别涉及一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置及制备方法。

背景技术

化石燃料的广泛使用不仅消耗了大量的能源，带来了能源问题，而且产生的大量二氧化碳若直接排放，则会带来严重的环境问题。另一方面二氧化碳也是一种丰富的碳源，若将二氧化碳转变成有用的物质，则不失为一种解决相关能源问题和环境问题的方案。

草酸钠(Na₂C₂O₄)为草酸的钠盐，是一种还原剂，也常作为双齿配体。它是一种白色结晶性粉末，无气味，有吸湿性。溶于水，不溶于乙醇。灼烧则分解为碳酸钠和一氧化碳。工业上一般用一氧化碳和氢氧化钠在160℃和2MPa条件下反应，生成甲酸钠，然后，再将甲酸钠在400℃温度下脱氢即得草酸钠。从反应过程来看，传统的工业法反应温度和压力高，能耗大且污染严重，近些年来技术进展不大。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提供一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置及制备方法，利用二氧化碳气体催化电解生产草酸钠溶液，反应条件温和；同时采用双效结晶蒸发的方法结晶得到草酸钠，大大节约了能源。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置：

包括阳极循环圈、阴极循环圈与结晶蒸发系统；其中阳极循环圈、阴极循环圈构成完整的电解系统；

所述阳极循环圈包括串联设置的氢氧化钠进料管11、阳极循环罐12、阳极循环泵13与阳极电解槽14；所述阳极循环罐12的上端设有第一进液口，所述阳极循环罐12的顶部设有出气口，所述阳极循环罐12的下端分别设有第二进液口与出液口；

所述氢氧化钠进料管11的一端为进液口15，所述氢氧化钠进料管11的另一端与阳极电解槽14的出口端并联连通至阳极循环罐12的第一进液口；所述阳极循环罐12的第二进液口通过管道连通着去离子水接口16；所述阳极循环罐12的出液口管道连通着阳极循环泵13的进口，所述阳极循环泵13的出口管道连通着所述阳极电解槽14的进口；

所述阴极循环圈包括串联设置的二氧化碳进气管21、气液混合器22、阴极电解槽23、阴极循环罐24和阴极循环泵25；所述阴极循环罐24的下端设置有第一出液口，所述阴极循环罐24的上端分别设置有第二出液口和进液口；

所述二氧化碳进气管21的一端为进气口26，另一端管道连通着气液混合器22的进气阀门，所述气液混合器22的出液阀门管道连通阴极电解槽23的进口，所述阴极电解槽23的出口管道连通着阴极循环罐24的进液口，所述阴极循环罐24的第一出液口管道连通着阴极循环泵25的进口，所述阴极循环泵25的出口管道连通着气液混合器22的内筒，所述阴极循环罐24的第二出液口管道连通至阴极循环圈外；

所述阳极电解槽14与阴极电解槽23之间设置有隔膜，所述阳极电解槽14、阴极电解槽23与隔膜组成电解槽；所述隔膜为阳离子交换膜，所述阳离子交换膜使阳离子与水分子实现自由通过。

所述结晶蒸发系统包括串联设置的酸化槽30、脱气罐31、输送泵Ⅰ32、预热器33、一效蒸发器34、输送泵Ⅱ35、二效蒸发器36、离心机37和干燥机38；所述二效蒸发器36、一效蒸发器34均为强制循环型蒸发器；所述离心机37为常速离心机；所述干燥机38为转鼓干燥机；

所述酸化槽30的进料口管道连通着阴极循环槽24的第二出液口，所述酸化槽30的进酸口管道接通着草酸入口301，所述酸化槽30的出口管道连通着脱气罐31的进口，所述脱气罐31的出口管道连通着输送泵Ⅰ32的进口；

所述预热器33出液口管道连通着一效蒸发器34的进液口，所述一效蒸发器34的出液口管道连通着输送泵Ⅱ35的进口，所述输送泵Ⅱ35的出口管道连通着二级蒸发器36的进液口，所述二效蒸发器36的出液口管道连通着离心机37的进口，所述离心机37的固相出口管道连通着干燥机38进口；

所述离心机37的液相出口与预热器33进液口之间设有母液循环泵39，所述母液循环泵39的进口管道连通着离心机37的液相出口，所述所述母液循环泵39的出口端与输送泵Ⅰ32出口端并联管道接通至所述预热器33的进液口；

工作时，电解系统以二氧化碳气体为原料，催化电解钠盐溶液，产生草酸钠溶液，当草酸钠溶液浓度达到5％～10％时，将草酸钠溶液通入结晶蒸发系统进行蒸发结晶；草酸钠溶液通入结晶蒸发系统依次经过酸化槽30的酸化作用、脱气罐31去除二氧化碳气体、一级蒸发器34与二级蒸发器36对草酸钠溶液进行结晶蒸发、离心机37将草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体分离、干燥机38将分离后的草酸钠晶体进行干燥；最终得到草酸钠晶体颗粒，所述草酸钠晶体颗粒中含草酸钠的质量分数为99.5％。

优选的，所述电解槽的电源为恒压直流电源，电压为1～30V、电流为0.1～5A；

优选的，所述一效蒸发器34的蒸汽出口管道接通着所述二效蒸发器36的蒸汽进口；所述预热器33的预热管接通着一效蒸发器34的冷凝液出口。

优选的，还包括真空泵361，所述二效蒸发器36的抽真空口管道接通着抽真空泵361的入口。

优选的，所述的一效蒸发器38的加热源为蒸汽加热、导热油加热、电加热中的一种或几种。

为了实现本发明的技术方案，本发明还包括基于上述装置通过二氧化碳和水制备草酸钠的方法：

具体包括以下步骤：

步骤(1)：通过氢氧化钠进料管11向阳极循环圈通入氢氧化钠溶液；通过去离子水接口16向阳极循环罐12内通入去离子；所述氢氧化钠溶液浓度为0.1～10mol/L；得到循环液；

步骤(2)：先后开启阳极循环泵13与阴极循环泵25，让循环液循环流动在阳极循环圈与阴极循环圈内；

步骤(3)：向气液混合器22中通入混合气体；所述混合气体中二氧化碳体积浓度为80％～100％，二氧化碳气体形成若干小气泡，均匀分布在气液混合器22的循环液中，并随着循环液的流动，二氧化碳气体形成的小气泡均匀分布在阴极循环液中；

步骤(4)：开启直流电源，分别电解阴极电解槽23中的电解液与阳极电解槽14中的电解液，电解电压为1～30V、电流为0.1～5A、压力为0.1～1MPaG；分别得到阳极循环电解液与阴极循环电解液；

其中，阳极电解槽14中的电解反应式为：

主反应式：4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-；

副反应式：2NaOH+CO₂→Na₂CO₃+H₂O；

阳极电解槽副产一定量的氧气从阳极循环罐12顶部的出气口送往外界外；得到的阳极循环电解液包括碳酸钠、碳酸氢钠，且所述碳酸钠、碳酸氢钠的浓度累积达到3％～8％，阳极循环电解液的PH值为8～12；

阴极电解槽23中的电解反应式为：

主反应式：2CO₂+2e^-→C₂O₄ ^2-；

副反应式：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂；

阴极循环电解液包括草酸钠，所述氢氧化钠溶液的浓度为2％～5％；所述草酸钠的浓度达到5％～10％时，将阴极循环电解液通过阴极循环槽24的第二出液口，管道通入结晶蒸发系统；

步骤(5)：阴极循环电解液从阴极循环槽24的第二出液口流出，送入结晶蒸发步骤中的酸化槽30内，并向酸化槽30中加入纯草酸，得到酸化溶液，所述酸化溶液的PH值为1～5；

反应式为：Na₂CO₃+H₂C₂O₄→Na₂C₂O₄+CO₂+H₂O

步骤(6)：将所述酸化溶液注入脱气罐31中，并搅拌充分，将二氧化碳气体完全排出；得到脱气后的草酸钠溶液；

步骤(7)：启动输送泵Ⅰ32，将脱气后的草酸钠溶液通入一效蒸发器34，同时向一级蒸发器34通入低压蒸汽，所述低压蒸汽蒸发结晶草酸钠溶液；所述一效蒸发器34的温度为100～140℃、压力为0.02MPaG；得到一效过饱和溶液，所述一效过饱和溶液的含固率为10％～20％；所述一效过饱和溶液包括草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体，所述草酸钠饱和溶液的浓度为6％；

一效蒸发器34产生的蒸汽冷凝液通入预热器33预加热草酸钠溶液，换热后冷凝液送外理；

启动输送泵Ⅱ35，将一效过饱和溶液通入二效蒸发器36，同时向二效蒸发器36通入一效蒸发器34产生的二次蒸汽；所述二次蒸汽作为二效蒸发器36的加热源，对一效过饱和溶液进行蒸发结晶，产生冷凝液送外处理；所述二效蒸发器36的温度为60～80℃、压力为-0.08MpaG；得到二效过饱和溶液，所述二效过饱和溶液的含固率为30％～40％；所述二效过饱和溶液包括草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体，所述草酸钠饱和溶液的浓度为6％；

步骤(8)：将所述二效过饱和溶液通入离心机37，进行固液分离，所述离心机37的转速为2000～3000r/min；得到分离的草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体；开启母液循环泵361，所述草酸钠饱和溶液泵入母液循环泵361，经母液循环泵361出口流入预热器33前，重新进入蒸发结晶系统；

步骤(9)：所述草酸钠晶体经过干燥机38干燥，所述干燥机38的转速为1～2r/min；得到干燥的草酸钠晶体颗粒，所述草酸钠晶体颗粒包括草酸钠和微量杂质；所述草酸钠的质量分数为99.5％，所述微量杂质的质量分数为0.5％，所述的微量杂质包括碳酸钠和碳酸氢钠。

优选的，电解步骤(4)中控制所述阳极电解循环液为弱碱性，且PH值为8～12，通过向阳极循环圈中补加浓度为0.1～10mol/L氢氧化钠溶液的方法实现。

本发明的有益效果包括：

1、本发明以温室气体二氧化碳为原料，催化电解钠盐溶液，生成具有高附加值的草酸钠盐，反应条件温和并可以减少温室气体排放；二氧化碳的资源化作为提高碳效与能效的低碳技术，涉及产业转型与发展。

2、本发明使用二氧化碳为原料首先电解制得草酸钠溶液，再进行蒸发结晶，得到草酸钠晶体颗粒组成如下：草酸钠质量分数为在99.5％以上，其余微量杂质包括碳酸钠，碳酸氢钠等，微量杂质的质量分数小于0.5％。

3、在蒸发结晶步骤中采用双效顺流的结晶工艺，一效蒸发器产生的二次蒸汽作为二效蒸发器的热源使用，并且一级蒸发器产生的冷凝液回流进入预热器预热草酸钠溶液，都节省了能源，因此本发明的二效顺流的结晶工艺与传统的单效蒸发结晶工艺相比节约了15％能量消耗。

附图说明

图1为本发明的一种电解生产草酸钠溶液装置的结构示意图；

其中，11-氢氧化钠进料管；12-阳极循环罐；13-阳极循环泵；14-阳极电解槽；15-进液口；21-二氧化碳进气管；22-气液混合器；23-阴极电解槽；24-阴极循环罐；25-阴极循环泵；26-进气口；

图2为本发明的一种蒸发结晶生产草酸钠晶体装置的结构示意图；

其中，30-酸化槽；31-脱气罐；32-输送泵Ⅰ；33-预热器；34-一效蒸发器；35-输送泵Ⅱ；36-二效蒸发器；37-离心机；38-干燥机；39-母液循环泵；301-草酸入口；361-抽真空泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1、2及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置：包括阳极循环圈、阴极循环圈与结晶蒸发系统；其中阳极循环圈、阴极循环圈构成完整的电解系统，工作时，电解系统的电源为恒压直流电源，电压为4～5V、电流为0.2～0.5A，电解系统以二氧化碳气体为原料，催化电解钠盐溶液，产生草酸钠溶液；

所述阳极循环圈包括串联设置的氢氧化钠进料管11、阳极循环罐12、阳极循环泵13与阳极电解槽14；所述阳极循环罐12的上端设有第一进液口，所述阳极循环罐12的顶部设有出气口，所述阳极循环罐12的下端分别设有第二进液口与出液口；

所述氢氧化钠进料管11的一端为进液口15，所述氢氧化钠进料管11的另一端与阳极电解槽14的出口端并联连通至阳极循环罐12的第一进液口；所述阳极循环罐12的第二进液口通过管道连通着去离子水接口16；所述阳极循环槽12的出液口管道连通着阳极循环泵13的进口，所述阳极循环泵13的出口管道连通着所述阳极电解槽14的进口；所述阴极循环圈包括串联设置的二氧化碳进气管21、气液混合器22、阴极电解槽23、阴极循环罐24和阴极循环泵25；所述阴极循环罐24的下端设置有第一出液口，所述阴极循环罐24的上端分别设置有第二出液口和进液口；

所述二氧化碳进气管24的一端为进气口26，另一端管道连通着气液混合器22的进气阀门，所述气液混合器22的出液阀门管道连通阴极电解槽23的进口，所述阴极电解槽23的出口管道连通着阴极循环罐24的进液口，所述阴极循环罐24的第一出液口管道连通着阴极循环泵25的进口，所述阴极循环泵25的出口管道连通着气液混合器22的内筒，所述阴极循环罐24的第二出液口管道连通至阴极循环圈外；

所述阳极电解槽14与阴极电解槽23之间设置有隔膜，所述阳极电解槽14、阴极电解槽23与隔膜组成电解槽；所述隔膜为阳离子交换膜，所述阳离子交换膜使阳离子与水分子实现自由通过。

所述结晶蒸发系统包括串联设置的酸化槽30、脱气罐31、输送泵Ⅰ32、预热器33、一效蒸发器34、输送泵Ⅱ35、二效蒸发器36、离心机37和干燥机38；所述二效蒸发器36、一效蒸发器34均为循环型蒸发器；所述离心机37为常速离心机；所述干燥机38为转鼓干燥机；

所述酸化槽30的进料口管道连通着阴极循环罐24的第二出液口，所述酸化槽30的进酸口管道接通着草酸入口301，所述酸化槽30的出口管道连通着脱气罐31的进口，所述脱气罐31的出口管道连通着输送泵Ⅰ32的进口；酸化槽30具有酸化草酸钠溶液的作用，去除草酸钠溶液中的碳酸钠；在脱气罐31内对酸化后的草酸钠溶液进行充分的搅拌，去除二氧化碳气体。

所述预热器33出液口管道连通着一效蒸发器34的进液口，所述一效蒸发器34的出液口管道连通着输送泵Ⅱ35的进口，所述输送泵Ⅱ35的出口管道连通着二效蒸发器36的进液口；所述一效蒸发器34的蒸汽出口管道连通着所述二效蒸发器36的蒸汽进口；所述预热器33的预热管接通着一级蒸发器34的冷凝液出口。

脱气后的草酸钠溶液通入预热器后，被预热后再通入一效蒸发器34，一效蒸发器34还通入低压蒸汽，低压蒸汽对草酸钠溶液进行一次蒸发结晶，得到一次过饱和溶液；一次过饱和溶液通入二效蒸发器36中，同时一效蒸发器34产生的二次蒸汽通入二效蒸发器36，二次蒸汽对一次过饱和溶液进行再次结晶蒸发，得到二次过饱和溶液；同时将产生的蒸汽冷凝液外送处理；一效蒸发器34产生的蒸汽冷凝液倍送入预热器33预热通入一效蒸发器34前的草酸钠溶液；所述的一效蒸发器38的加热源为蒸汽加热、导热油加热、电加热中的一种或几种；二效蒸发器36的抽真空口管道接通着抽真空泵361的入口。所述二效蒸发器36的出液口管道连通着离心机37的进口，所述离心机37的固相出口管道连通着干燥机38进口；离心机37将二次过饱和溶液离心分离得到草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体；干燥机38将分离后的草酸钠晶体进行干燥；最终得到草酸钠晶体颗粒，所述草酸钠晶体颗粒中含草酸钠的质量分数为99.5％。

所述离心机37与预热器33之间还设有母液循环泵39，所述母液循环泵39的进口管道连通着离心机37的液相出口，所述所述母液循环泵39的出口端与输送泵Ⅰ32出口端并联管道连通至所述预热器33的进液口；母液循环泵39将二次过饱和溶液中经分理出的草酸钠溶液输送至预热器33的进液口，循环对草酸钠溶液进行预热与蒸发结晶处理。上述二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置操作原理说明如下：具体包括以下步骤：

步骤(1)：通过氢氧化钠进料管11向阳极循环圈通入氢氧化钠溶液；通过去离子水接口16向阳极循环罐12内通入去离子水；所述氢氧化钠溶液浓度为0.1mol/L；得到循环液；

步骤(2)：先后开启阳极循环泵13与阴极循环泵25，让循环液循环流动在阳极循环圈与阴极循环圈内；

步骤(3)：向气液混合器22中通入混合气体；所述混合气体中二氧化碳体积浓度为95％，二氧化碳气体形成若干小气泡，均匀分布在气液混合器22的循环液中，并随着循环液的流动，二氧化碳气体形成的小气泡均匀分布在阴极循环液中；

步骤(4)：开启直流电源，分别电解阴极电解槽23中的电解液与阳极电解槽14中的电解液，电解电压为4～5V、电流为0.2～0.3A、压力为0.15MPaG；分别得到阳极循环电解液与阴极循环电解液；

其中，阳极电解槽14中的电解反应式为：

主反应式：4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-；

副反应式：2NaOH+CO₂→Na₂CO₃+H₂O；

阳极电解槽副产一定量的氧气从阳极循环罐12顶部的出气口送往外界外；得到的阳极循环电解液包括碳酸钠、碳酸氢钠，且所述碳酸钠、碳酸氢钠的浓度累积达到6％，阳极循环电解液的PH值为10，通过向阳极循环圈中补加浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液的方法实现。

阴极电解槽23中的电解反应式为：

主反应式：2CO₂+2e^-→C₂O₄ ^2-；

副反应式：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂；

阴极循环电解液包括草酸钠与氢氧化钠，所述氢氧化钠溶液的浓度为3％；所述草酸钠的浓度达到6％时，将阴极循环电解液通过阴极循环槽24的第二出液口，管道通入结晶蒸发系统；

上述步骤(1)～步骤(4)完成二氧化碳和水电解制备草酸钠溶液；

步骤(5)酸化

阴极循环电解液从阴极循环槽24的第二出液口流出，送入结晶蒸发步骤中的酸化槽30内，并向酸化槽30中加入纯草酸，得到酸化溶液，所述酸化溶液的PH值为1.5；

反应式为：Na₂CO₃+H₂C₂O₄→Na₂C₂O₄+CO₂+H₂O

步骤(6)：将所述酸化溶液注入脱气罐31中，并搅拌充分；当所述酸化溶液中的气泡消失完全，即二氧化碳气体完全排出；得到脱气后的草酸钠溶液；

步骤(7)：启动输送泵Ⅰ32，将脱气后的草酸钠溶液通入一效蒸发器34，同时向一效蒸发器34通入低压蒸汽，所述低压蒸汽蒸发结晶草酸钠溶液；所述一效蒸发器34的温度为80℃、压力为-0.08MPaG；得到一效过饱和溶液，所述一效过饱和溶液的含固率为10％；所述一效过饱和溶液包括草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体，所述草酸钠饱和溶液的浓度为6％；一效蒸发器34产生的蒸汽冷凝液通入预热器33预加热草酸钠溶液，换热后冷凝液送外理；

启动输送泵Ⅱ35，将一效过饱和溶液通入二效蒸发器36，同时向二效蒸发器36通入一效蒸发器34产生的二次蒸汽；所述二次蒸汽作为二效蒸发器36的加热源，对一效过饱和溶液进行蒸发结晶，产生冷凝液送外处理；所述二效蒸发器36的温度为60～80℃、压力为-0.08MPaG；得到二效过饱和溶液，所述二效过饱和溶液的含固率为40％；所述二效过饱和溶液包括草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体，所述草酸钠饱和溶液的浓度为6％；步骤(8)：将所述二效过饱和溶液通入离心机37进行固液分离，所述离心机转速为2000r/min；得到分离的草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体；开启母液循环泵361，所述草酸钠饱和溶液泵入母液循环泵361，经母液循环泵361出口流入预热器33，预热草酸钠饱和溶液；

步骤(9)：所述草酸钠晶体经过干燥机38干燥，所述干燥机转速为4～10r/min；得到干燥的草酸钠晶体颗粒，所述草酸钠晶体颗粒包括草酸钠和微量杂质；所述草酸钠的质量分数为99.5％，所述微量杂质的质量分数为0.5％，所述的微量杂质包括碳酸钠和碳酸氢钠。

步骤(5)～步骤(9)完成草酸钠溶液的蒸发结晶，得到草酸钠晶体。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置，其特征在于：所述装置包括阳极循环圈、阴极循环圈与结晶蒸发系统；其中阳极循环圈、阴极循环圈构成完整的电解系统；

所述阳极循环圈包括串联设置的氢氧化钠进料管（11）、阳极循环罐（12）、阳极循环泵（13）与阳极电解槽（14）；所述阳极循环罐（12）的上端设有第一进液口，所述阳极循环罐（12）的顶部设有出气口，所述阳极循环罐（12）的下端分别设有第二进液口与出液口；

所述氢氧化钠进料管（11）的一端为进液口（15），所述氢氧化钠进料管（11）的另一端与阳极电解槽（14）的出口端并联连通至阳极循环罐（12）的第一进液口；所述阳极循环罐（12）的第二进液口通过管道连通着去离子水接口（16）；所述阳极循环罐（12）的出液口管道连通着阳极循环泵（13）的进口，所述阳极循环泵（13）的出口管道连通着所述阳极电解槽（14）的进口；

所述阴极循环圈包括串联设置的二氧化碳进气管（21）、气液混合器（22）、阴极电解槽（23）、阴极循环罐（24）和阴极循环泵（25）；所述阴极循环罐（24）的下端设置有第一出液口，所述阴极循环罐（24）的上端分别设置有进液口和第二出液口；

所述二氧化碳进气管（21）的一端为进气口（26），另一端管道连通着气液混合器（22）的进气阀门，所述气液混合器（22）的出液阀门管道连通阴极电解槽（23）的进口，所述阴极电解槽（23）的出口管道连通着阴极循环罐（24）的进液口，所述阴极循环罐（24）的第一出液口管道连通着阴极循环泵（25）的进口，所述阴极循环泵（25）的出口管道连通着气液混合器（22）的内筒，所述阴极循环罐（24）的第二出液口管道连通至阴极循环圈外；

所述阳极电解槽（14）与阴极电解槽（23）之间设置有隔膜，所述阳极电解槽（14）、阴极电解槽（23）与隔膜组成电解槽；所述隔膜为阳离子交换膜，所述阳离子交换膜使阳离子与水分子实现自由通过；

所述蒸发结晶系统包括串联设置的酸化槽（30）、脱气罐（31）、输送泵Ⅰ（32）、预热器（33）、一效蒸发器（34）、输送泵Ⅱ（35）、二效蒸发器（36）、离心机（37）和干燥机（38）；所述二效蒸发器（36）、一效蒸发器（34）均为强制循环型蒸发器；所述离心机（37）为常速离心机；所述干燥机（38）为转鼓干燥机；

所述酸化槽（30）的进料口管道连通着阴极循环罐（24）的第二出液口，所述酸化槽（30）的进酸口管道接通着草酸入口（301），所述酸化槽（30）的出口管道连通着脱气罐（31）的进口，所述脱气罐（31）的出口管道连通着输送泵Ⅰ（32）的进口；

所述预热器（33）出液口管道连通着一效蒸发器（34）的进液口，所述一效蒸发器（34）的出液口管道连通着输送泵Ⅱ（35）的进口，所述输送泵Ⅱ（35）的出口管道连通着二效蒸发器（36）的进液口，所述二效蒸发器（36）的出液口管道连通着离心机（37）的进口，所述离心机（37）的固相出口管道连通着干燥机（38）进口；

所述离心机（37）与预热器（33）之间还设有母液循环泵（39），所述母液循环泵（39）的进口管道连通着离心机（37）的液相出口，所述所述母液循环泵（39）的出口端与输送泵Ⅰ（32）出口端并联管道连通至所述预热器（33）的进液口；

工作时，电解系统以二氧化碳气体为原料，催化电解钠盐溶液，产生草酸钠溶液，当草酸钠溶液浓度达到5%～10%时，将草酸钠溶液通入结晶蒸发系统进行蒸发结晶；草酸钠溶液通入结晶蒸发系统时，依次经过酸化槽（30）的酸化、脱气罐（31）去除二氧化碳气体、一效蒸发器（34）与二效蒸发器（36）对草酸钠溶液进行结晶蒸发；接着离心干燥；得到草酸钠晶体颗粒，所述草酸钠晶体颗粒中含草酸钠的质量分数为99.5%。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置，其特征在于：所述电解槽的电源为恒压直流电源，电压为1~30V、电流为0.1~5A。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置，其特征在于：所述一效蒸发器（34）的蒸汽出口管道连通着所述二效蒸发器（36）的蒸汽进口；所述预热器（33）的预热管接通着一效蒸发器（34）的冷凝液出口。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置，其特征在于：还包括抽真空泵（361），所述二效蒸发器（36）的抽真空口管道接通着抽真空泵（361）的入口。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳和水电解生产草酸钠的装置，其特征在于：所述的一效蒸发器（34）的加热源为蒸汽加热、导热油加热、电加热中的一种或几种。

6.基于权利要求1所述装置通过二氧化碳和水电解制备草酸钠的方法，其特征在于操作步骤如下：

步骤（1）：通过氢氧化钠进料管（11）向阳极循环圈通入氢氧化钠溶液；通过离子水接口（16）向阳极循环罐（12）内通入去离子水；所述氢氧化钠溶液浓度为0.1～10mol/L ；得到循环液；

步骤（2）：先后开启阳极循环泵（13）与阴极循环泵（25），让循环液循环流动在阳极循环圈与阴极循环圈内；

步骤（3）：向气液混合器（22）中通入混合气体；所述混合气体中二氧化碳体积浓度为80%～100%，二氧化碳气体形成若干小气泡，均匀分布在气液混合器（22）的循环液中，并随着循环液的流动，二氧化碳气体形成的小气泡均匀分布在阴极循环液中；

步骤（4）：开启直流电源，分别电解阴极电解槽（23）中的电解液与阳极电解槽（14）中的电解液，电解电压为1～30V、电流为0.1～5A、压力为0.1～1MPaG；分别得到阳极循环电解液与阴极循环电解液；

其中，阳极电解槽（14）中的电解反应式为：

主反应式：4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-；

副反应式：2NaOH + CO₂→Na₂CO₃ + H₂O；

阳极电解槽副产一定量的氧气从阳极循环罐（12）顶部的出气口送往外界外；得到的阳极循环电解液包括碳酸钠、碳酸氢钠，且所述碳酸钠、碳酸氢钠的浓度累积达到3%～8%，阳极循环电解液的PH值为8～12；

阴极电解槽（23）中的电解反应式为：

主反应式：2CO₂+2e^-→C₂O₄ ^2-；

副反应式：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂；

阴极循环电解液包括草酸钠与氢氧化钠，所述氢氧化钠溶液的浓度为2%～5% ；且所述草酸钠的浓度达到5%～10%时，将阴极循环电解液从阴极循环罐（24）的第二出液口管道通入结晶蒸发系统；

步骤（5）：阴极循环电解液从阴极循环罐（24）的第二出液口流出，送入结晶蒸发步骤中的酸化槽（30）内，并向酸化槽（30）中加入纯草酸，得到酸化溶液，所述酸化溶液的PH值为1～5；

反应式为：Na₂CO₃+H₂C₂O₄→Na₂C₂O₄+CO₂+H₂O

步骤（6）：将所述酸化溶液注入脱气罐（31）中，并搅拌充分；当所述酸化溶液中的气泡消失完全，即二氧化碳气体完全排出；得到脱气后的草酸钠溶液；

步骤（7）：启动输送泵Ⅰ（32），将脱气后的草酸钠溶液通入一效蒸发器（34），同时向一效蒸发器（34）通入低压蒸汽，所述低压蒸汽蒸发结晶草酸钠溶液；所述一效蒸发器（34）的温度为100～140℃、压力为0.02MPaG；得到一效过饱和溶液，所述一效过饱和溶液的含固率为10%～20%；所述一效过饱和溶液包括草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体，所述草酸钠饱和溶液的浓度为6%；

一效蒸发器（34）产生的蒸汽冷凝液通入预热器（33）预加热草酸钠溶液，换热后冷凝液送外处理；

启动输送泵Ⅱ（35），将一效过饱和溶液通入二效蒸发器（36），同时向二效蒸发器（36）通入一效蒸发器（34）产生的二次蒸汽；所述二次蒸汽作为二效蒸发器（36）的加热源，对一效过饱和溶液进行蒸发结晶，产生冷凝液送外处理；所述二效蒸发器（36）的温度为60～80℃、压力为-0.08MPaG；得到二效过饱和溶液，所述二效过饱和溶液的含固率为30%～40%；所述二效过饱和溶液包括草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体，所述草酸钠饱和溶液的浓度为6%；

步骤（8）：将所述二效过饱和溶液通入离心机（37），所述离心机（37）的转速为2000r/min；得到分离的草酸钠饱和溶液与草酸钠晶体；开启母液循环泵（39），所述草酸钠饱和溶液泵入母液循环泵（39），经母液循环泵（39）出口流入预热器（33），预热草酸钠饱和溶液；

步骤（9）：所述草酸钠晶体经过干燥机（38）干燥，所述干燥机（38）的转速为1～2r/min；得到干燥的草酸钠晶体颗粒，所述草酸钠晶体颗粒包括草酸钠和微量杂质；所述草酸钠的质量分数为99.5%，所述微量杂质的质量分数为0.5%，所述的微量杂质包括碳酸钠和碳酸氢钠。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：电解步骤（4）中控制所述阳极循环电解液为弱碱性，且PH值为8~12，通过向阳极循环圈中补加浓度为0.1～10mol/L 氢氧化钠溶液的方法实现。