纯碱工学-小苏打生产

小苏打生产

第一节 小苏打生产原理

一、相平衡

工业上通常用碳酸钠溶液碳酸化制造小苏打，也称为重碳酸化，化学反应式如下所示：

Na2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(l)=2NaHCO3(s)+59.789kJ/mol 这个反应并不能完全进行，反应程度取决于Na2CO3、NaHCO3

的相互平衡条件，碳酸钠、碳酸氢钠-H2O系统相图的研究，提供了上述碳酸化过程制定工艺条件的依据。

由系统相图可以看出，ABCD区域为碳酸氢钠结晶区，AB线以上为倍半碳酸钠Na2CO3·NaHCO3·2H2O结晶区，AC线左侧为水的结冰区和十水碱Na2CO3·10H2O结晶区，左上侧为七水碱结晶区，右上侧还存在Na2CO3·3NaHCO3结晶区。

表中数据表明，进塔碱液Na2CO3浓度应控制在77~81tt以下。

二、反应动力学

碳酸钠溶液吸收二氧化碳生产碳酸氢钠的反应，取决于温度、溶液浓度、气体分压和反应平衡常数。碳酸氢钠的结晶速度常数与温度有关，因此控制温度是控制结晶速度的重要因素之一；同时尽可能提高气体CO2浓度，这是制取大粒结晶的重要因素。

第二节 小苏打生产工艺流程和工艺条件

小苏打的生产工艺流程可分为两部分：①碳酸钠溶液制备；②碳酸化及其他工序。

碳酸钠溶液的制备：

生产小苏打的碳酸钠溶液通常可以用轻质纯碱溶解、天然碱溶解、重碱湿分解以及炉气碱粉回收四种方法。对于大中型纯碱厂附设小苏打车间，采取重碱湿分解和回收炉气碱粉两种方法作为小苏打生产原料来源，具有重大经济意义。

轻质纯碱为原料：将轻质纯碱或次品碱、扫地碱等回收至纯碱加入化碱槽，加入小苏打滤液和补充冷凝液，进行溶解，在搅拌下以间接蒸汽加热。为出去铁分等杂志，通常加入硫化钠，保持温度80~85℃，制备成含碱度100~105tt，Na2CO370~80tt，含硫化钠0.004~0.010tt的碱液备用。

碳酸化及其他工序：

首先，在碳酸化前先进入澄清桶进行澄清，出去不溶性杂质，沉淀物定期从锥底排放；澄清液送过滤器除去更细微的杂质颗粒。过滤器一般采用刚玉管或纹石管过滤器，也可以采用烧结管过滤器。

过滤后碱液用泵送入碳酸化塔上部，由上而下与底部通入的CO2

气体逆流接触，进行碳酸化反应，生成碳酸氢钠结晶。

碱液吸收CO2进行反应生成碳酸氢钠放出热量使溶液自身升温，在塔高2/3出（旧式塔不冷却），以利于加速CO2吸收和促进结晶成长，NaHCO3晶浆从塔底取出。

取出的晶浆靠自身压力自流入稠厚器，在稠厚器中清液溢流入母液桶，稠厚的晶浆放入离心机分离，并用冷凝液洗涤，滤饼送去干燥。分离的母液进入母液桶，与溢流母液返回前面供制备碱液用。

小苏打滤饼经电磁振动给料器和螺旋加料机进入干燥设备。过去用回转干燥机进行干燥，近年来用气流干燥装置进行干燥。小苏打滤饼送入气流干燥管下部，与热空气并流而上，在干燥管内快速脱水，从干燥管上部出来的干物料和气体，先进入一级分离器，分离一部分空气，其余大部分空气与干物料，由一级分离器底部进入二次鼓风机，升压后进入二次分离器，空气由二次分离器顶部排出，进入布袋除尘器，除尘后排入大气。布袋除尘器回收的碱尘定期收集。干物料由二次分离器底部流入料仓，计量包装即得小苏打产品。

尾气处理有的厂采用洗涤方法，即从干燥管出来的物料和气体，先进入旋风分离器进行气固分离，底部的干物料，计量包装，顶部排

出的气体进入碱尘洗涤器后排入大气，洗涤液作补充母液用。 主要工艺条件：

以纯碱为原料制备碱液，通常含有少量Fe2O3、Al2O3、CaCO3、MgCO3等不溶物，含量在100mg/kg以下。较大的颗粒可在澄清沉降时除去，较细的颗粒应采用微孔管过滤以确保产品质量符合要求。通常采用纹石管过滤器。纹石管孔径为50μm，气孔率为32~34%，因此需加沉淀CaCO3作助滤剂，加入量为60g/m2。

进入碳化塔碱液中Na2CO3、NaHCO3浓度必须控制严格，通常控制在Na2CO3为65~75tt，NaHCO3为15~25tt。温度控制在80~85℃、碱液中允许NaCl浓度在20tt以下（药用小苏打14tt以下）。取出温度控制在60℃左右，液体在塔内停留时间平均为2-2.5h。塔底进气压力为0.2-0.25MPa。塔顶压力小于0.049MPa。取出固液比为40%左右，液体中含Na2CO310~20tt，NaHCO320~30tt。

获得大结晶的基本条件：

① 维持临界点处温度83~85℃，在这种温度下，溶液的过饱和极限较小，晶核析出少，成长较快。

② 提高进塔气体CO2浓度，应达到37%以上，浓度越高，吸收和结晶推动力越大，有利于吸收和结晶的成长。并且塔内惰性气体减少，缓和塔内气体的搅动，可以减少二次晶核的产生。

③ 碱液碳酸化热负荷较小，冷却面积也较小，设计时应使塔内晶浆处于高温区段较长一些，使晶体成长到一定限度才冷却；

④ 塔菌帽可适当减少，通常可选用20~25个菌帽。

近年来，小苏打晶浆分离采用卧式虹吸式刮刀离心机，稠厚器固液比在50%~60%时，能力可达2.5~3.0t/h，滤饼水分可降至4-6%。

干燥近年来多采用气流干燥装置，进料多采用电磁振动给料器，干燥用热空气，一般控制在140-150℃，进气压力为0.4-0.47MPa，经分离后进入料仓的干物料在60~65℃。

四川鸿化股份有限公司采用两级旋风分离器生产细粉小苏打，在干燥系统中设立两级旋风分离器，一级二级旋风分离器串联，前者分离较大颗粒的产品，后者分离细粉小苏打，二级含尘尾气进入布袋除尘器后排入大气。

第三节 小苏打生产过程的主要设备

化碱槽：钢制槽形设备，直径2.5m、高3m，容积12m3，内设框式搅拌器，转速17r/min，并设加热管，用蒸汽间接加热。

澄清桶：通常为道尔澄清桶，直径3.5m、高4.95m，设低速搅拌器，转速2~3r/min。

过滤器：为蛇纹石管过滤器，直径1.52m、高1.629m，管子规格Ф120/80X500mm，过滤面积9m2，生产能力为2.1m3/（m2·h）

碳酸化塔：

通常采用菌帽式铸铁塔，直径1.0m，高20m，设有30个菌帽，下部设水箱5个，冷却面积为48m2、空塔容积利用系数为2~2.2t/（m3·d），冷却面传热系数为209~256W/（m2·K）。这种塔具有压力降小、塔内结疤和堆碱轻、气液接触好等优点。

另一种不设冷却水箱的铸铁碳酸化塔，直径2.3m、高25.57m，容积为50m3，菌帽减少到12个，板间距为1.57m，塔板开孔率增大，

中心开孔Φ410mm（截面积为0.45m2），孔的周围开有8个直接为280mm的孔，帽盖直接缩小为1.9m，底盘和帽盖距离为220mm。

近年来，有些厂对碳化塔做了改进，采用索尔维菌帽塔与空塔套筒相结合，塔内设8个菌帽和6个中心套筒、外夹套，直径1.6m或2.5m。作业周期可达60~68h，清洗时间可缩短为4h，材质为碳素钢，易制作，漏点少，效率高。

离心机：

通常采用卧式刮刀离心机WG-800型。转鼓直径0.8m，转速1400r/min，分离因素876.装料容积951，材质Cr18Ni18Ti不锈钢制作，生产能力为1.2~1.4t/h。

新型虹吸式刮刀离心机GKH800N型，机长0.4m，转鼓直径0.8m，转速1600r/min，分离因素1145，功率4.5kW和1.5KW，材质为不锈钢，生产能力为2.5~3.0t/h。

气流干燥器：

干燥管直径0.43m，高15m，一级旋风分离器直径1m，高4.56m，二级旋风分离器直径0.55m，高2.515m，碱粉分离器直径0.65m，高2.97m，成品碱仓直径2m，高4.45m，加热器加热面积为94m2，生产能力7~80t/d。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1ead.html