CN115193293A - 一种碳酸氢钠生产设备及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳酸钠制备领域，尤指一种碳酸氢钠生产设备及其生产方法，通过由控制器控制的给料装置、搅拌组件、加热装置等等，另外在本申请中通过在立柱两侧活动连接搅拌条，立柱底部设有搅拌棒，在电机带动下，搅拌条可以在搅拌罐内摆动，同时可以通过控制电机输出功率，即可以调节搅拌条打开的程度(立柱旋转过程中搅拌条会绕与立柱的连接处上摆，而且转速越大搅拌条上摆的幅度越大)，从而对搅拌罐内有中心往两边的均匀混合，另外立柱底部设有搅拌棒，可以直接对搅拌罐中心底部进行搅拌，故可以对搅拌罐的溶液进行充分搅拌，不会产生沉淀，避免在搅拌罐底部沉积，而且能够尽可能充分地利用能量，以更合理的能耗实现后续碳酸氢钠的高质量制备。

Description

一种碳酸氢钠生产设备及其生产方法

技术领域

本发明涉及碳酸氢钠制备领域，尤指一种碳酸氢钠生产设备及其生产方法。

背景技术

人类在工业生产过程中会排放各种对环境产生危害的废气废物，其中在某些工业领域中所排放出来的二氧化硫，是酸雨产生的主要诱发物。随着环境保护的意识越来越高，人们需要更充分地消除工业废气中的二氧化硫。而在工业上，主要采用质量分数为20％左右的碳酸钠溶液来进行二氧化硫吸收作业。

现有的用于吸收二氧化硫的碳酸钠溶液的生产方法，通常是将一定量的碳酸钠粉末加入到搅拌罐中。通过对混合物质的持续一段时间的搅拌，使得碳酸钠慢慢溶解在水中，待碳酸钠完全溶解后形成所需浓度的碳酸钠溶液。这种生产方式存在一定的缺点，如：将固体碳酸钠一次加入后很容易发生溶解不完全，固体碳酸钠完全溶解耗时长，能耗高，在搅拌罐的底部容易出现碳酸钠沉积，使碳酸钠溶液浓度偏低，浪费原料；由于工业级碳酸钠的杂质含量较高，不能满足国内外电子行业、精细化工、教学与科学研究领域的使用要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种碳酸氢钠生产设备及其生产方法，可以保证搅拌均匀以及实现提纯。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碳酸氢钠生产设备，包括控制器、搅拌装置、提纯装置、二氧化碳输出装置、真空干燥装置，

其中该搅拌装置包括搅拌罐、搅拌组件、给料装置、加热装置、温度传感器，所述加热装置对搅拌罐进行加热，所述温度传感器设置在所述搅拌罐的内腔底端面；所述温度传感器和加热装置分别与所述控制器电连接；

所述搅拌组件包括设置在搅拌罐顶部且与控制器电性连接的电机，所述电机输出端固定连接有传动轴，所述传动轴贯穿搅拌罐并延伸入搅拌罐内部，该传动轴固定连接有立柱，所述立柱两侧活动连接有搅拌条，所述搅拌条与立柱固定连接，所述立柱底部设有万向轴，所述万向轴底部设有搅拌棒；

给料装置包括碳酸钠粉末振动出料器、用于承托碳酸钠粉末振动出料器的电子秤、用于外接纯化水的纯化水连通管，碳酸钠粉末振动出料器的底部通过固体放料阀与搅拌罐连通，纯化水连通管通过第一纯化水电磁阀与纯化水流量泵的输入端连通，纯化水流量泵的输出端通过第二纯化水电磁阀与搅拌罐连通；其中电子秤、固体放料阀、第一纯化水电磁阀、第二纯化水电磁阀均与控制器电性连接；

该提纯装置包括提纯搅拌釜、过滤器、膜蒸发器，其中搅拌罐的出液口与提纯搅拌釜的进液口连通，且提纯搅拌釜的输液口与过滤器进液口连通，过滤器的出液口与膜蒸发器的进液口连通；所述提纯搅拌釜以及膜蒸发器均与控制器电性连接。

进一步，所述搅拌罐的顶部连通有排气管，该排气管的末端设置有单向阀。

进一步，所述加热装置包括加热容器、导热油和至少一根加热棒，其中加热容器套设在搅拌罐外，且加热容器的内壁与所述搅拌罐的外壁之间构成预设间隔空间，所述导热油设置在所述预设间隔空间内，所述加热棒伸入所述预设间隔空间中；所述加热棒与所述控制器电连接。

进一步，该加热棒由上至下卷绕在搅拌罐的外壁并呈螺旋状结构。

进一步，所述过滤器的滤芯材料为金属间化合物，所述金属间化合物为TiAl、NiAl、TiSiC中的一种或任意几种的混合物。

进一步，过滤器为微孔膜，所述微孔膜的孔径为0.1～2μm。

本申请还提供一种碳酸氢钠生产设备的生产方法，包括以下步骤：

步骤1：按质量份数，将10份碳酸钠粉末90份纯化水混合均匀，搅拌0.5-1H，同时其搅拌温度保持在40-50℃，得到粗制碳酸钠溶液；

步骤2：将上述粗制碳酸钠溶液放入提纯搅拌釜中，同时加入20份聚羟基氯化铝吸附剂，搅拌0.5小时下加热升温至48℃，保温静置1小时，过滤除去胶体固相，并得到初步提纯碳酸钠溶液；

步骤3：将初步提纯碳酸钠溶液通过孔径0.1μm的过滤器进行膜过滤，得到次级提纯碳酸钠溶液；

步骤4：将步骤3得到的次级提纯碳酸钠溶液通入膜蒸发器蒸发，控制次级提纯碳酸钠溶液饱和，得到最终提纯碳酸钠饱和溶液；

步骤5：二氧化碳输出装置往在提纯碳酸钠饱和溶液中通入20份二氧化碳，并使得提纯碳酸钠饱和溶液析出碳酸氢钠晶体；

步骤6：过滤经过步骤5后的溶液，得到碳酸氢钠晶体，然后将碳酸氢钠晶体放入真空干燥装置进行真空干燥，得到碳酸氢钠固体粉末，其干燥时间为30min-60min,温度控制在30-35℃。

进一步，步骤1中，控制器控制固体放料阀打开，并使得碳酸钠粉末振动出料器向搅拌罐中投放碳酸钠粉末，同时控制器根据电子秤的数据获取投放碳酸钠粉末的量，控制器控制第一纯化水电磁阀以及第二纯化水电磁阀打开，使得纯化水输入至搅拌罐，且控制器根据纯化水流量泵获取纯化水的投放量；控制器通过获取温度传感器的温度数据，以控制搅拌时的温度。

进一步，在步骤5中，其中二氧化碳输出装置包括二氧化碳输出源、二氧化碳流量泵、二氧化碳输出阀门，且二氧化碳流量泵以及二氧化碳输出阀门均与控制器电性连接，其中二氧化碳输出源通过二氧化碳流量泵与二氧化碳输出阀门连通，且二氧化碳输出阀门的输出端通入至提纯碳酸钠饱和溶液内，且其二氧化碳通入时间在10-60min。

本发明的有益效果在于：1.本发明提供的碳酸氢钠的生产设备通过由控制器控制的给料装置、搅拌组件、加热装置等等，根据碳酸钠粉末的加入量与溶解速率变化的规律，以及碳酸钠粉末在溶剂中的下落溶解时间，本申请中通过在电子秤计算出碳酸钠粉末在单位时间内的投放量，当其总投放量到了预设值，即控制器控制固体放料阀关闭，同时碳酸钠粉末振动出料器关闭，即停止投放碳酸钠粉末；同样地当纯化水的投放量到了预设值，即控制第一纯化水电磁阀、第二纯化水电磁阀关闭，能够确保碳酸钠粉末完全溶解在溶剂中；另外在本申请中通过在立柱两侧活动连接搅拌条，立柱底部设有搅拌棒，在电机带动下，搅拌条可以在搅拌罐内摆动，同时可以通过控制电机输出功率，即可以调节搅拌条打开的程度(立柱旋转过程中搅拌条会绕与立柱的连接处上摆，而且转速越大搅拌条上摆的幅度越大)，从而对搅拌罐内有中心往两边的均匀混合，另外立柱底部设有搅拌棒，可以直接对搅拌罐中心底部进行搅拌，故可以对搅拌罐的溶液进行充分搅拌，不会产生沉淀，避免在搅拌罐底部沉积，而且能够尽可能充分地利用能量。

2.可以最大限度地减少碳酸钠中的杂质含量，减少以碳酸钠为原料的工艺段中的杂质含量，有利于对品质进行控制，省去了后续的除杂过程，成本低，适合大规模使用。同时所使用的聚羟基氯化铝吸附剂可有效去除杂质阳离子，该吸附剂用量少，很容易在市场上购买。

3.见过提纯后的碳酸钠溶液可以方便后续的制备纯度高的碳酸氢钠。

附图说明

图1是搅拌装置的结构示意图。

图2是碳酸钠溶液制备方法原理示意图。

附图标号说明：搅拌罐11、电机12、传动轴13、立柱14、搅拌条15、搅拌棒16、碳酸钠粉末振动出料器17、电子秤18、固体放料阀19、纯化水连通管101、第一纯化水电磁阀102、纯化水流量泵103、第二纯化水电磁阀104、加热容器111、导热油112、加热棒113、温度传感器120、排气管131、单向阀132、提纯搅拌釜21、过滤器22、膜蒸发器23。

具体实施方式

请参阅图1-2所示，本发明关于一种碳酸氢钠生产设备，包括控制器、用于对碳酸钠溶液进行混合的搅拌装置、对碳酸钠溶液进行提纯的提纯装置、二氧化碳输出装置、真空干燥装置，

其中该搅拌装置包括搅拌罐11、搅拌组件、给料装置、加热装置、温度传感器120，所述加热装置对搅拌罐11进行加热，所述温度传感器120设置在所述搅拌罐11的内腔底端面；所述温度传感器120和加热装置分别与所述控制器电连接；

所述搅拌组件包括设置在搅拌罐11顶部且与控制器电性连接的电机12，所述电机12输出端固定连接有传动轴13，所述传动轴13贯穿搅拌罐11并延伸入搅拌罐11内部，该传动轴13固定连接有立柱14，所述立柱14两侧活动连接有搅拌条15，所述搅拌条15与立柱14固定连接，所述立柱14底部设有万向轴，所述万向轴底部设有搅拌棒16；

给料装置包括碳酸钠粉末振动出料器17、用于承托碳酸钠粉末振动出料器17的电子秤18、用于外接纯化水的纯化水连通管101，碳酸钠粉末振动出料器17的底部通过固体放料阀19与搅拌罐11连通，纯化水连通管101通过第一纯化水电磁阀102与纯化水流量泵103的输入端连通，纯化水流量泵103的输出端通过第二纯化水电磁阀104与搅拌罐11连通；其中电子秤18、固体放料阀19、第一纯化水电磁阀102、第二纯化水电磁阀104均与控制器电性连接；

该提纯装置包括提纯搅拌釜21、过滤器22、膜蒸发器23，其中搅拌罐11的出液口与提纯搅拌釜21的进液口连通，且提纯搅拌釜21的输液口与过滤器22进液口连通，过滤器22的出液口与膜蒸发器23的进液口连通；所述提纯搅拌釜21以及膜蒸发器23均与控制器电性连接。

本发明提供的碳酸钠溶液的生产设备通过由控制器控制的给料装置、搅拌组件、加热装置等等，根据碳酸钠粉末的加入量与溶解速率变化的规律，以及碳酸钠粉末在溶剂中的下落溶解时间，本申请中通过在电子秤18计算出碳酸钠粉末在单位时间内的投放量，当其总投放量到了预设值，即控制器控制固体放料阀19关闭，同时碳酸钠粉末振动出料器17关闭，即停止投放碳酸钠粉末；同样地当纯化水的投放量到了预设值，即控制第一纯化水电磁阀102、第二纯化水电磁阀104关闭，能够确保碳酸钠粉末完全溶解在溶剂中；另外在本申请中通过在立柱14两侧活动连接搅拌条15，立柱14底部设有搅拌棒16，在电机12带动下，搅拌条15可以在搅拌罐11内摆动，同时可以通过控制电机12输出功率，即可以调节搅拌条15打开的程度(立柱14旋转过程中搅拌条15会绕与立柱14的连接处上摆，而且转速越大搅拌条15上摆的幅度越大)，从而对搅拌罐11内有中心往两边的均匀混合，另外立柱14底部设有搅拌棒16，可以直接对搅拌罐11中心底部进行搅拌，故可以对搅拌罐11的溶液进行充分搅拌，不会产生沉淀，避免在搅拌罐11底部沉积，而且能够尽可能充分地利用能量，以更合理的能耗实现碳酸钠溶液的高质量制备。

可以最大限度地减少碳酸钠中的杂质含量，减少以碳酸钠为原料的工艺段中的杂质含量，有利于对品质进行控制，省去了后续的除杂过程，成本低，适合大规模使用。同时所使用的聚羟基氯化铝吸附剂可有效去除杂质阳离子，该吸附剂用量少，很容易在市场上购买。

进一步，所述搅拌罐11的顶部连通有排气管131，该排气管131的末端设置有单向阀132。用于搅拌罐11内挥发气体的排出，所述排气管131的末端设置有单向阀132，在进行有效排气的同时，防止外界灰尘进入搅拌罐11内。

进一步，所述加热装置包括加热容器111、导热油112和至少一根加热棒113，其中加热容器111套设在搅拌罐11外，且加热容器111的内壁与所述搅拌罐11的外壁之间构成预设间隔空间，所述导热油112设置在所述预设间隔空间内，所述加热棒113伸入所述预设间隔空间中；所述加热棒113与所述控制器电连接。该加热棒113由上至下卷绕在搅拌罐11的外壁并呈螺旋状结构。在本实现方式中，采用电加热方式替代蒸汽加热的方式加热导热油112，能够更加灵活精确地控制导热油112的油温，对搅拌罐11进行更精确的加热，同时该加热棒113由上至下卷绕在搅拌罐11的外壁并呈螺旋状结构，可以使得加热更加均匀。

进一步，所述过滤器22的滤芯材料为金属间化合物，所述金属间化合物为TiAl、NiAl、TiSiC中的一种或任意几种的混合物。过滤器22为微孔膜，所述微孔膜的孔径为0.1μm，在具体实施例优选为0.5μm。

本申请一种碳酸氢钠生产设备的生产方法，包括以下步骤：

步骤1：按质量份数，将10份碳酸钠粉末30份纯化水混合均匀，搅拌0.5H，同时其搅拌温度保持在50℃，得到粗制碳酸钠溶液；

步骤2：将上述粗制碳酸钠溶液放入提纯搅拌釜21中，同时加入20份聚羟基氯化铝吸附剂，搅拌0.5小时下加热升温至48℃，保温静置1小时，过滤除去胶体固相，并得到初步提纯碳酸钠溶液；

步骤3：将初步提纯碳酸钠溶液通过孔径0.5μm的过滤器22进行膜过滤，得到次级提纯碳酸钠溶液；

步骤4：将步骤3得到的次级提纯碳酸钠溶液通入膜蒸发器蒸发，控制次级提纯碳酸钠溶液饱和，得到最终提纯碳酸钠饱和溶液；

步骤5：二氧化碳输出装置往在提纯碳酸钠饱和溶液中通入20份二氧化碳，并使得提纯碳酸钠饱和溶液析出碳酸氢钠晶体；

步骤6：过滤经过步骤5后的溶液，得到碳酸氢钠晶体，然后将碳酸氢钠晶体放入真空干燥装置进行真空干燥，得到碳酸氢钠固体粉末，其干燥时间为30min,温度控制在30℃。

进一步，在步骤5中，其中二氧化碳输出装置包括二氧化碳输出源、二氧化碳流量泵、二氧化碳输出阀门，且二氧化碳流量泵以及二氧化碳输出阀门均与控制器电性连接，其中二氧化碳输出源通过二氧化碳流量泵与二氧化碳输出阀门连通，且二氧化碳输出阀门的输出端通入至提纯碳酸钠饱和溶液内，且其二氧化碳通入时间在60min。

进一步，步骤1中，控制器控制固体放料阀19打开，并使得碳酸钠粉末振动出料器17向搅拌罐11中投放碳酸钠粉末，同时控制器根据电子秤18的数据获取投放碳酸钠粉末的量，控制器控制第一纯化水电磁阀102以及第二纯化水电磁阀104打开，使得纯化水输入至搅拌罐11，且控制器根据纯化水流量泵103获取纯化水的投放量；控制器通过获取温度传感器120的温度数据，以控制搅拌时的温度。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种碳酸氢钠溶液生产设备，其特征在于：包括控制器、搅拌装置、提纯装置、二氧化碳输出装置、真空干燥装置，

其中该搅拌装置包括搅拌罐、搅拌组件、给料装置、加热装置、温度传感器，所述加热装置对搅拌罐进行加热，所述温度传感器设置在所述搅拌罐的内腔底端面；所述温度传感器和加热装置分别与所述控制器电连接；

所述搅拌组件包括设置在搅拌罐顶部且与控制器电性连接的电机，所述电机输出端固定连接有传动轴，所述传动轴贯穿搅拌罐并延伸入搅拌罐内部，该传动轴固定连接有立柱，所述立柱两侧活动连接有搅拌条，所述搅拌条与立柱固定连接，所述立柱底部设有万向轴，所述万向轴底部设有搅拌棒；

给料装置包括碳酸钠粉末振动出料器、用于承托碳酸钠粉末振动出料器的电子秤、用于外接纯化水的纯化水连通管，碳酸钠粉末振动出料器的底部通过固体放料阀与搅拌罐连通，纯化水连通管通过第一纯化水电磁阀与纯化水流量泵的输入端连通，纯化水流量泵的输出端通过第二纯化水电磁阀与搅拌罐连通；其中电子秤、固体放料阀、第一纯化水电磁阀、第二纯化水电磁阀均与控制器电性连接；

该提纯装置包括提纯搅拌釜、过滤器、膜蒸发器，其中搅拌罐的出液口与提纯搅拌釜的进液口连通，且提纯搅拌釜的输液口与过滤器进液口连通，过滤器的出液口与膜蒸发器的进液口连通；所述提纯搅拌釜以及膜蒸发器均与控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种碳酸氢钠溶液生产设备，其特征在于：所述搅拌罐的顶部连通有排气管，该排气管的末端设置有单向阀。

3.根据权利要求2所述的一种碳酸氢钠溶液生产设备，其特征在于：所述加热装置包括加热容器、导热油和至少一根加热棒，其中加热容器套设在搅拌罐外，且加热容器的内壁与所述搅拌罐的外壁之间构成预设间隔空间，所述导热油设置在所述预设间隔空间内，所述加热棒伸入所述预设间隔空间中；所述加热棒与所述控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种碳酸氢钠溶液生产设备，其特征在于：该加热棒由上至下卷绕在搅拌罐的外壁并呈螺旋状结构。

5.根据权利要求4所述的一种碳酸氢钠溶液生产设备，其特征在于：所述过滤器的滤芯材料为金属间化合物，所述金属间化合物为TiAl、NiAl、TiSiC中的一种或任意几种的混合物。

6.根据权利要求5所述的一种碳酸氢钠溶液生产设备，其特征在于：过滤器为微孔膜，所述微孔膜的孔径为0.1～2μm。

7.一种如权利要求6所述的碳酸氢钠生产设备的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按质量份数，将10份碳酸钠粉末90份纯化水混合均匀，搅拌0.5-1H，同时其搅拌温度保持在40-50℃，得到粗制碳酸钠溶液；

步骤2：将上述粗制碳酸钠溶液放入提纯搅拌釜中，同时加入20份聚羟基氯化铝吸附剂，搅拌0.5小时下加热升温至48℃，保温静置1小时，过滤除去胶体固相，并得到初步提纯碳酸钠溶液；

步骤3：将初步提纯碳酸钠溶液通过孔径0.1μm的过滤器进行膜过滤，得到次级提纯碳酸钠溶液；

步骤4：将步骤3得到的次级提纯碳酸钠溶液通入膜蒸发器蒸发，控制次级提纯碳酸钠溶液饱和，得到最终提纯碳酸钠饱和溶液；

步骤5：二氧化碳输出装置往在提纯碳酸钠饱和溶液中通入20份二氧化碳，并使得提纯碳酸钠饱和溶液析出碳酸氢钠晶体；

步骤6：过滤经过步骤5后的溶液，得到碳酸氢钠晶体，然后将碳酸氢钠晶体放入真空干燥装置进行真空干燥，得到碳酸氢钠固体粉末，其干燥时间为30min-60min,温度控制在30-35℃。

8.根据权利要求7所述的一种碳酸氢钠生产设备的生产方法，其特征在于：步骤1中，控制器控制固体放料阀打开，并使得碳酸钠粉末振动出料器向搅拌罐中投放碳酸钠粉末，同时控制器根据电子秤的数据获取投放碳酸钠粉末的量，控制器控制第一纯化水电磁阀以及第二纯化水电磁阀打开，使得纯化水输入至搅拌罐，且控制器根据纯化水流量泵获取纯化水的投放量；控制器通过获取温度传感器的温度数据，以控制搅拌时的温度。

9.根据权利要求7所述的一种碳酸氢钠生产设备的生产方法，其特征在于：在步骤5中，其中二氧化碳输出装置包括二氧化碳输出源、二氧化碳流量泵、二氧化碳输出阀门，且二氧化碳流量泵以及二氧化碳输出阀门均与控制器电性连接，其中二氧化碳输出源通过二氧化碳流量泵与二氧化碳输出阀门连通，且二氧化碳输出阀门的输出端通入至提纯碳酸钠饱和溶液内，且其二氧化碳通入时间在10-60min。

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