[发明专利]一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法

说明书

本发明提供了一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，采用钠/水比为(65‑79)：100的硫酸钠的悬浮液作为反应原料，钠的单程转化率高达70％‑77％；减少了体系中水含量，使母液中的水量和需要分离回收的硫酸钠等物质的量减少了50％以上，从而减少了体系中原料的循环量以及减少了母液处理时蒸水所需的热量，大大降低了的能耗。

技术领域

本发明涉及碳酸氢钠制备工艺领域，属于一种以硫酸钠和/或芒硝为原料，通过碳化反应制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法。

背景技术

碳酸氢钠是重要的化工原料，其广泛应用于制药、食品、橡胶、塑料等行业中。碳酸氢钠的生产方法主要有：以纯碱、二氧化碳为原料的纯碱碳化法；以天然碱为原料的提取法；以硫酸钠和碳酸氢铵或NH₃、CO₂为原料，经复分解反应生产碳酸氢钠方法等。

以硫酸钠、氨、二氧化碳为原料生产碳酸氢钠和硫酸铵的反应方程式如下：

NH₃+CO₂+H₂O→NH₄HCO3

1/2Na₂SO₄+NH₄HCO₃→NaHCO₃↓+1/2(NH₄)₂SO₄

由于与硫酸钠进行复分解反应的碳酸氢铵是由氨、二氧化碳和水反应生成的，所以也称为碳酸化反应，简称为碳化反应。现有的专利文献中所叙述的硫酸钠生产碳酸氢钠的方法，均采用25％-32％的硫酸钠水溶液进行碳化反应，钠的单程转化率只有30％-65％。碳化反应的反应物进行分离后，得到产品固体碳酸氢钠和碳化母液。现有的专利文献中提到的碳化母液的分离方法主要分为热法和冷法两类。冷法先将碳化母液冷却至-10-5℃进行冷析，将母液中未反应的碳酸氢铵和芒硝结晶析出，分离后循环利用；冷析母液中仍然含有碳酸氢铵，需先进行蒸馏，逐出氨和二氧化碳，然后再进行蒸发脱水析出硫酸铵。热法则先高温蒸馏碳化母液，将母液中未反应的碳酸氢铵分解成二氧化碳、氨气和水，返回碳化反应，进行循环利用。然后再在不同的温度下结晶析出硫酸钠、Dw盐(Na₂SO₄.(NH₄)₂SO₄.4H₂O名为Dawson盐，简写为Dw盐)。硫酸钠和Dw盐循环利用。剩余母液继续蒸发结晶，得到硫酸铵。

发明内容

本发明提出了一种硫酸钠和/或芒硝为原料，生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法。本发明公开的方法具有以下特征：钠的单程转化率提高达70％以上至77％；钠的总转化率超过97％；氨的总转化率达99％以上，从而使循环物料减少50％以上，因而大幅度降低了能量消耗，提高了经济效益。本专利提出的方法的另一个优点是产品硫酸铵的质量好，纯度高。

本专利以Na⁺、NH₄⁺//HCO^3-+1/2SO₄^2-－H₂O体系相图(如图3所示)为理论依据，确定最佳工艺条件。依据上述相图，硫酸钠、氨和二氧化碳进行碳化反应时，硫酸钠与水的质量比，即“钠/水比”，对钠的单程转化率影响很大。钠/水比大，钠的单程转化率也大，反之则小。但硫酸钠在水中的最大溶解度也只有33％，换算为钠/水比为49：100。采用这一钠/水比，即使将其他条件都调到最佳，钠的单程转化率也不会超过65％。

所以，必须突破现有的采用接近饱和的硫酸钠水溶液进行碳化反应的常规，改用硫酸钠悬浮液进行碳化反应，才能进一步提高钠的单程转化率。当钠/水比提高至(65-79)：100时，钠的单程转化率可提高到70％以上至77％。但钠/水比不能高于79:100，否则，Dw盐或硫酸铵也可能析出，影响碳酸氢钠的质量。