JPH0791053B2 - 炭酸水素ナトリウムの製造方法 - Google Patents

炭酸水素ナトリウムの製造方法

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JPH0791053B2 JP63031948A JP3194888A JPH0791053B2 JP H0791053 B2 JPH0791053 B2 JP H0791053B2 JP 63031948 A JP63031948 A JP 63031948A JP 3194888 A JP3194888 A JP 3194888A JP H0791053 B2 JPH0791053 B2 JP H0791053B2
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D7/00Carbonates of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D7/18Preparation by the ammonia-soda process

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、アンモニアソーダ法による炭酸水素ナトリウ
ム(以下重曹という)の製造プロセスにおいて、アンモ
ニアかん水(以下安かん水という)を炭酸化して重曹を
析出させる工程に関するものであり、より具体的には、
炭酸ガスの吸収効率が高く、取り扱い性の良好な粒径の
大きな重曹粒子が得られ、かつ構造が比較的簡単で運転
保守が容易な安かん水の炭酸化装置を用いた、重曹の製
造方法に関するものである。
[従来の技術] 重曹の代表的製造方法には、食塩水にアンモニアを吸収
せしめて安かん水を得、これに炭酸ガスを反応せしめて
重曹を得るアンモニアソーダ法(ソルベー法)と、重曹
を分離したあとの母液(重曹分離母液)に、アンモニア
と食塩を添加して塩化アンモニウムを析出せしめ、これ
を分離した母液(塩安分離母液)に炭酸ガスを反応せし
めて重曹を得、重曹分離母液は循環使用する塩安ソーダ
法がある。これらの方法はいずれも、溶液を炭酸ガスと
反応させ重曹を析出せしめる工程が含まれ、従来ソルベ
ー塔と呼ばれる炭酸化塔が用いられている。
ソルベー塔は、上下多段に区画された反応部を有し、各
区画毎に炭酸ガスの吹き抜けを防止し、溶液と炭酸ガス
とが十分接触し得るように、陣笠状体が設けられてい
る。安かん水あるいは塩安分離母液が塔頂部より、炭酸
ガスが塔下部より供給され、向流的に接触せしめつつ重
曹の析出が行なわれる。
重曹の析出に際しては、結晶粒が大きく取り扱い性の良
好な重曹粒子を得るためには液温が高い方が望ましく、
炭酸ガスの吸収反応率を向上させるためには液温が低い
方が望ましい。このため、ソルベー塔では、良好な重曹
粒子を得るために、安かん水あるいは塩安分離母液は加
温されて供給されるが、重曹の析出反応は発熱反応であ
るので、塔内温度が上昇して炭酸ガスの吸収反応率が低
下しないように塔下部に冷却器が設けられるなど複雑で
精密な温度管理が要求される。
さらにソルベー塔は、析出した重曹が陣笠状体などにス
ケールとして付着しやすく、塔が閉塞しやすい。このた
め、工業的には複数のソリベー塔を用意し、切り換えな
がら操業しているのが現状である。ソルベー塔はさらに
構造も複雑で建造費もかなり高く、大型化も困難である
などの欠点を有している。
これに対して、本発明者らは、かかる欠点のない炭酸化
装置として、ソルベー塔とは構成を全く異にする炭酸化
塔を提案した(特公昭51−31239号公報参照)。この装
置は、複数段の反応部を有し、各反応部間には炭酸ガス
含有ガスと液との分離部を設け、塩安分離母液または安
かん水を前段反応部から次段反応部へ移行せしめつつ、
炭酸ガス含有ガスを終段反応部下部から導入し、反応部
を上昇して前記分離部で分離せしめ、分離した炭酸ガス
含有ガスを前段反応部下部へ導入し、炭酸ガス含有ガス
を塩安分離母液または安かん水と向流的に接触せしめつ
つ、各反応部毎に炭酸ガスのガスリフト作用により液を
循環せしめつつ反応させる装置である。この装置は、炭
酸ガスの吸収効率が良く、得られる重曹粒子の粒径が大
きく形状が良好で、かつ構造が簡単、運転保守が容易
で、大型化の可能な炭酸化装置である。以下この装置を
A式塔という。
[発明が解決しようとする課題] 前述のように、重曹の析出反応は発熱反応であるので、
A式塔においても安定に操業するためには、冷却器を設
けるなどして塔内の温度上昇を制御するのが好ましい。
A式塔に冷却器を設置する場合は、例えば、塔内の溶液
を一部抜き取り、適当な熱交換器を通して冷却した後、
塔内にもどすといった循環型の冷却器が用いられる。
しかしながら、塔内の溶液は重曹の飽和溶液で、一部析
出した重曹粒子が懸濁した状態であるので、熱交換器内
に重曹のスケールが付着しやすく、保守に手間がかか
る。また、熱交換器に溶液を循環させるためにポンプが
必要で、動力費を要するだけでなく、ポンプで重曹粒子
が破砕されて、製造される重曹粒子の成長が阻害される
おそれがある。このように冷却器を設けることにより、
A式塔本来の特性が十分発揮できなくなるおそれがあ
る。
特に、アンモニアソーダ法における安かん水は、塩安ソ
ーダ法における塩安分離母液に比べると、炭酸化時にお
ける液当りの重曹析出量が多いため、液当りの発熱量が
多く、炭酸化塔内の温度が上昇しやすい。したがって、
同一のA式塔で炭酸化を行う場合、アンモニアソーダ法
では、塩安ソーダ法に比べて余分の冷却器が必要になる
という問題点があった。
一例を示すと、反応段2段のA式塔の場合、塩安ソーダ
法では、前段には冷却器を必要とせず、後段にのみ前述
のような冷却器を備えるだけで、良好なガス吸収率と良
好な重曹粒子性状が長期間にわたり達成できる。
同じA式塔にアンモニアソーダ法の安かん水を供給する
場合は、前段にも同様に冷却器を設置しないと、塔内の
温度が上昇しすぎて、炭酸化の効率が低下する。したが
って、この追加の冷却装置の分、装置が複雑になり、保
守の手間が増え、重曹粒子が細かくなるという問題点を
有する。
また、安かん水は液当りの重曹析出量が多く、塔内のス
ラリー濃度が高いので、前記温度条件の問題以外にも問
題点を生じる。すなわち、冷却器への循環ポンプにより
粒子破砕あるいは、粒子どうし、粒子と器壁との衝突に
よる粒子の摩耗や破砕の可能性が高くなる。さらに、ポ
ンプに要する動力が増大し、冷却器中でのスケール付着
が激しく、冷却器の閉塞を起こしやすくなる。
[課題を解決するための手段] 本発明は、A式塔において、アンモニアソーダ法の安か
ん水を炭酸化する場合における前述の問題点を解決すべ
くなされたものであり、A式塔において安かん水を炭酸
化して重曹を製造するに当り、重曹分離母液の一部をA
式塔の供給液系にもどして循環使用することを特徴とす
る、重曹の製造方法を提供するものである。
本発明においては、供給液系に重曹分離母液の一部を混
合してA式塔に供給するため、A式塔内の液当りの重曹
析出量が安かん水より減少し、したがって、塔内におけ
る発熱量および重曹スラリー濃度が減少して必要最小限
の冷却器を備えるだけですみ、しかも粒子径の大きな重
曹を安定に製造することができる。ここで、供給液系と
は、A式塔に供給する液体および、この液体を調整する
ための液体を指すもので、具体的には一次かん水、二次
かん水、安かん水、中和安かん水等を意味する。
重曹分離母液の使用量としては、通常のアンモニアソー
ダ法のプロセスに、本発明を適用する場合、供給液系に
対して、容積比0.2〜1.5倍の重曹分離母液を混合するの
が好ましい。重曹分離母液の量が、0.2倍に満たない場
合は、液当りの重曹析出量があまり減少せず、本発明の
効果が十分発現しないおそれがあるので好ましくない。
重曹分離母液の量が1.5倍を超える場合は、いたずらに
供給液量が多くなり、所定の炭酸ガスを吸収させるため
に必要な反応器容積が大きくなり、設備費等が増大する
おそれがあるので好ましくない。さらに好ましい重曹分
離母液の混合比は0.4〜0.7倍である。
重曹分離母液の好ましい混合比は、塔内の重曹スラリー
濃度によっても決めることができる。すなわち、塔内の
最終段におけるスラリー濃度が80〜250Kg/m3になるよう
に、重曹分離母液を混合することが好ましい。スラリー
濃度が250Kg/m3を超える場合は、発熱量が多く温度の上
昇が激しいばかりでなく、スラリー中で重曹粒子が衝突
しあい、特に冷却器への循環ポンプにおける破砕の影響
が大きくなるので重曹粒子の成長が阻害される恐れがあ
り好ましくない。
スラリー濃度が80Kg/m3に満たない場合は処理液量が増
大して大きな装置が必要となるので好ましくない。さら
に好ましいスラリー濃度は150〜200Kg/m3である。
重曹分離母液は、供給液系であればどこで混合しても本
発明効果を得ることができるが、一次かん水、二次かん
水等に混合した場合は、かん水精製工程やアンモニア吸
収工程における液処理量が増大するため、これらの工程
に大きな設備が必要となるので好ましくなく、安かん水
に混合するのが好ましい。
また、A式塔で炭酸化を行う場合においても塔当りの負
荷を減らし全体的な炭酸ガスの吸収反応率を高める目的
で、予備炭酸化を行う場合がある。予備炭酸化は重曹析
出工程の前に、安かん水を部分的に炭酸化する工程で中
和とも呼ばれる。この場合は、予備炭酸化後のいわゆる
中和安かん水に重曹分離母液を混合した方が予備炭酸化
工程における液処理量を増大させることがないので好ま
しい。
なお、重曹分離母液以外に、例えば真水を安かん水に混
合してA式塔に供給しても、あるいは安かん水をはじめ
から低い濃度に調製しても発熱量は減るので、一見本発
明と同様の効果が得られるように思われるが、この場合
は、固体として析出せずに溶液の形で系外に排出される
重曹成分および未反応の食塩等が増大するので不適当で
ある。
重曹分離母液と供給液系との混合液がA式塔に供給され
る時の温度が、A式塔内の液温より高くなる場合は、冷
却器を設けて供給液を塔内の溶液の温度より低い温度に
冷却することが望ましい。重曹分離母液を供給液系に混
ぜる前に冷却を行っても良いが、重曹分離母液は重曹の
飽和溶液であり、冷却により重曹スケールが冷却器に付
着するおそれがあるので、混合後に冷却することが好ま
しい。特に中和安かん水と重曹分離母液を混ぜる場合
は、中和安かん水も部分的な炭酸化により液温が上昇し
ているので、両者を混ぜてから冷却するのが効果的であ
る。この場合、冷却器内を通過する液体は重曹について
も、他の結晶についても飽和濃度以下であるので、スケ
ールの析出等の不都合が発生しない。
第1図は、本発明の好ましい実施態様を示すフローシー
トである。まず安かん水1が予備炭酸化塔Aに供給さ
れ、A式炭酸化塔Cから出る炭酸ガス含有排気ガス9に
より予備炭酸化されて、中和安かん水2となる。中和安
かん水2は重曹分離母液7の一部と所定の割合で混合さ
れ混合液3となった後、冷却器Bにて所定の温度まで冷
却されて、供給液4としてA式炭酸化塔Cに供給され
る。A式炭酸化塔Cには炭酸ガス含有ガス8が供給され
炭酸化が行われる。前述のようにここでの排気ガス9は
炭酸ガスをなお含有しており予備炭酸化に用いられる。
析出した重曹を含むスラリー5は、分離器Dにより重曹
6と重曹分離母液7に分離される。重曹分離母液7は一
部中和安かん水に混合され、残りは蒸留工程へ送られ
る。10は予備炭酸化塔からの排ガスである。
[実施例] 第2図に示したような2段のA式炭酸化塔11(内径0.6
m、高さ7m、塔内部の管体14および16の内径0.125m、管
体の拡大部15および17の内径0.35m)を用いて炭酸化を
行った。中和安かん水(成分は、NaCl 4.5mol/、NH4O
H5.4mol/、CO2 1.3mol/)1m3に対して、重曹分離母
液(成分は、NaCl 1.2mol/、NH4Cl3.5mol/、NH4OH
1.6mol/、CO2 1.3mol/)0.5m3の割合で混合し、1
8℃まで冷却して供給液導入口18より、1.0m3/hの流量で
初段反応部12に供給した。ガス導入口19からは、炭酸ガ
ス含有ガス(CO2濃度68容量%)を終段反応部13内に36N
m3/hの流量で導入し、ガス導入口20からは炭酸ガス含有
ガス(CO2濃度42容量%)を初段反応部12内に、39Nm3/h
の流量で導入した。そして、初段反応部12の内圧が1.0K
g/cm2Gになる様に排ガス出口26からの排ガス量を調節し
つつ、炭酸ガス含有ガスのガスリフト作用により液を循
環させながら炭酸ガスとの反応を行った。重曹を含むス
ラリーは、初段反応部12から漏斗状体21を通って、終段
反応部13に導入され、ここでも同様にガスリフト作用で
スラリーを循環させながら反応を進めた。この間初段反
応部12内は40℃であり、終段反応部13内は、内部の液体
の一部を抜き取り、図示していない外部の冷却器により
35℃まで冷却して戻すことにより、40℃に保った。な
お、第2図において22,23はガスの分散板、24は終段反
応部13から分離された炭酸ガス含有ガスを初段反応部12
へ導入するためのガスパイプ、25は重曹スラリー出口、
26は未反応の炭酸ガスを含む排出ガス出口である。
塔内のスラリー濃度は、初段反応部100Kg/m3、終段反応
で190Kg/m3であった。得られた重曹粒子の平均粒径は10
0μmであり、その形状はほぼ直方体であった。反応終
了スラリーについて全−CO2/全−NH3モル比は0.90であ
り、母液炭酸化率は74%であった。
[比較例] 実施例と同じA式塔を用い、供給液導入口18より温度33
℃の中和安かん水を0.7cm3/hで供給した以外は実施例と
同様にして炭酸化を行った。
しかし、終段反応部に冷却器を設けただけでは、塔内の
温度が40℃以上の温度になったため、塔内の温度を40℃
に保つために初段反応部にも同様な冷却器を設けなけれ
ばならなかった。
塔内のスラリー濃度は、初段反応部で200Kg/m3、終段反
応部で290Kg/m3であった。得られた重曹粒子の平均粒径
は80μmであり、その形状はほぼ直方体であった。実施
例に比べると重曹の結晶粒径は小さく、おもに冷却器へ
の循環ポンプでの破砕によるものと考えられる。反応終
了スラリーについて、全−CO2/全−NH3モル比は0.92で
あり、母液炭酸化率は75%であった。
以上の如く、本発明では、炭酸化反応の効率はほとんど
損なわれずに、粒径の大きな良好な重曹が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の好ましい実施態様を示すフローシー
トである。第2図は、本願実施例に用いたA式炭酸化塔
の断面図である。 A:予備炭酸化塔、B:冷却器 C:A式炭酸化塔、D:分離器 11:A式炭酸化塔、12:初段反応部 13:終段反応部、18:供給液導入口 19:ガス導入口、20:ガス導入口 25:重曹スラリー出口、26:排ガス出口

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数段の反応部を有し、各反応部間には炭
    酸ガス含有ガスと液の分離部を設け、アンモニアソーダ
    法における安かん水を前段反応部から次段反応部へ移行
    せしめつつ、炭酸ガス含有ガスを終段反応部下部から導
    入し、反応部を上昇して前記分離部で分離せしめ分離し
    た炭酸ガス含有ガスを前段反応部下部へ導入し、炭酸ガ
    ス含有ガスを向流的に接触せしめつつ各反応部毎に炭酸
    ガスのガスリフト作用により液を循環せしめつつ反応さ
    せる様にした装置を用いた炭酸水素ナトリウムの製造方
    法において該装置下部から取り出された重曹分離母液の
    一部を、該装置の供給液系にもどして循環使用すること
    を特徴とする炭酸水素ナトリウムの製造方法。
  2. 【請求項2】重曹分離母液の混合比率が該装置供給液系
    に対して容積比0.2〜1.5である請求項1記載の炭酸水素
    ナトリウムの製造方法。
  3. 【請求項3】炭酸水素ナトリウムの製造装置の最終段の
    炭酸水素ナトリウムのスラリー濃度を80〜250Kg/m3に調
    整することを特徴とする請求項1記載の炭酸水素ナトリ
    ウムの製造方法。
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