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。