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1、 s E 3 l u A 8 ) N k 1, y 1, 2, 1, 1( 1.河北工业大学,天津 300130; 2.湖南裕华化工集团有限公司 )K 1 :为了处理回收复分解反应生产小苏打过程的含氯化铵和氯化钠的母液,采用多效真空降膜蒸发、热泵等蒸发节能新技术,克服了热法回收氯化铵和氯化钠中设备腐蚀严重、能耗较高的技术难题,取得了热法回收氯化铵和氯化钠工艺的突破性进展,并成功应用于实际生产,达到了节能环保的目的。该技术也适用于其他含氯化铵和氯化钠溶液的处理。1 o M :氯化铵;氯化钠;小苏打;废水处理 m s | : TQ124. 42 D S M : A c I | : 1006- 49
2、90( 2010) 08- 0057- 03Comprehensive treatment for mother solution of sodium bicarbonate by double decomposition methodShiXiaoping1, Hu Jianxun1, Liu Changsong2, WeiFeng1, Hu Baisong1(1.Hebei University ofTechnology, Tianjin 300130, China; 2.Hucnan Yuhua ChemicalsGroup Co. , Ltd. )A bstract: New evap
3、oration energy saving technologies, such asmulti- effect falling film vacuum evaporation and steam-jetting heat pump, were adopted in order to treat and recycle themother solution, which contained ammonium chloride andsodium chloride, generated in production ofsodium bicarbonate bydouble decompositi
4、onmethod. N ew technologies overcamethe problemsof serious equipment corrosion and high energy consumption during recovery of ammonium chloride and sodiumchloride by thermalprocess andmade a breakthrough for thermalprocess. In addition, they had been applied successfully inpractical production, and
5、achieved the purpose of energy- saving and environmental- protection. These technologies are alsoapplicable to the treatment of other solutions containing ammonium chloride and sodium chloride.K ey words: ammonium chloride; sodium chloride; sodium bicarbonate; wastewater treatment天然卤水法1利用复分解反应生产小苏打过
6、程中会产生大量含氯化铵和氯化钠的母液,若直接排入江河,不仅浪费资源,还会造成环境污染。从复分解小苏打母液中回收氯化铵和氯化钠,可以变废为宝,保护环境。联碱法制纯碱工业一般采用冷法回收过滤母液中的氯化铵,但是该法原料必须选用优质的固体盐,成本高、水不平衡的问题时有出现,冷冻能耗大,还需对复分解法生产小苏打析铵后的母液进行处理。热法采用蒸发的方法将母液浓缩,该法没有水不平衡问题,处理过程中不加入氯化钠,并同时回收氯化铵和氯化钠2,因此热法回收氯化铵一直为中国制碱工业研究的热点之一。目前,热法回收氯化铵和氯化钠仍存在两大难点:一是氯化铵溶液对设备产生极强的腐蚀;二是回收氯化铵、氯化钠就必须蒸发掉大量
7、的水,能耗较大,成本较高。笔者针对热法回收氯化铵和氯化钠的难点,采用 3效真空降膜蒸发工艺和热泵等节能技术,利用氯化铵、氯化钠溶解度的差异,在二效析出氯化钠产品,三效浓缩回收氯化铵产品,实现了工业化生产。1 NH4Cl- NaCl- H2O 8 2- 3氯化铵的溶解度随温度变化较大,而氯化钠的溶解度随温度的变化很小,即在不同温度下两者的溶解度有较大差别,该特性为热法回收分离氯化铵和氯化钠提供了依据。其分离过程如图 1所示:A点为脱氨液的氯化铵和氯化钠的组成点, 蒸发浓缩后达到B点,与母液兑合后达到C点;再经过蒸发浓缩氯化钠达到饱和,继续加热,溶液不断浓缩,氯化钠不断析出,到达E点;此时将热溶液
8、引入离心机进行保温分离,到达F 点;分离后的氯化钠溶液经冷却至 G点,氯化铵过饱和析出,分离氯化铵后的母液与脱氨液混合,进行循环蒸发。整个过程沿 ABCDEFG进行, 实现了氯化铵和氯化钠的分离。57第 42卷第 8期2010年 8月 无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY m 1 NH4 Cl- NaClM m2 以湖南裕华化工集团有限公司的复分解小苏打母液处理为例,其废液中主要含有 NH+4 , Na+ , Cl- ,HCO-3 等, 其质量分数分别为 5. 2% , 3. 9% ,13. 9%, 3. 0% 4。1)物料走向:小苏打母液预热后,送入蒸氨塔进行脱
9、氨处理,脱除溶液中的游离氨和二氧化碳。脱氨后的母液经第三效和第一效蒸发器蒸发浓缩后,送入第二效蒸发结晶器加热蒸发并使氯化钠结晶,盐浆液进入稠厚器 ,经离心机分离出氯化钠。将离心机的滤盐液送入真空闪蒸结晶器,析出氯化铵后进入稠厚器,经离心机分离,得到氯化铵。从离心机分离出氯化铵后的母液预热后,送至第一效蒸发器与第一效蒸发液兑合。2)蒸汽及冷凝水走向:由锅炉来的生蒸汽和来自第一效蒸发器的部分二次蒸汽经蒸汽喷射泵压缩后进入第一效蒸发器加热室,由第一效蒸发器出来的另一部分二次蒸汽依次进入第二效蒸发器加热室、第三效蒸发器加热室、母液乏汽预热器和原液乏汽预热器,乏汽预热器排出的尾气进入直接冷凝器。第一效、
10、第二效蒸发器的冷凝水分别对稠厚器、母液保温罐进行保温。由稠厚器和母液保温罐排出的冷凝水再送入板式预热器,对原料母液进行预热。3 1 T H q ! !3. 1 T H q1)脱除游离氨和二氧化碳。NH3和 CO2对蒸发器的腐蚀和传热系数的影响十分严重,必须严格控制进入蒸发器中溶液的 NH3和 CO2的含量。常压下,当溶液温度达到 104 e 左右时, NH3和 CO2将全部或接近于全部蒸出2,因此蒸氨时温度应控制在104 e 左右。2)合理控制蒸发量。如果实际蒸发量大于理论蒸发量, NH4 Cl和 NaCl会出现共析现象,影响NaCl的纯度,并且在蒸发器和管道中会产生结晶,堵塞管道。如果实际蒸
11、发量小于理论蒸发量,NH4Cl和NaCl不能最大限度地析出和分离,致使系统母液量和能耗增大。3)设备与管路的保温。设备与管路的保温是降低能耗、维持正常生产的重要保证。特别是在分离NaCl时,稠厚器和离心机的保温尤为关键。如果物料温度降低,在过滤过程中会析出NH4 C,l从而影响NaCl的纯度。3. 2 1 ! !第一、三效蒸发器采用降膜蒸发器,该蒸发器具有传热系数高、温差损失小等优点。二效蒸发结晶器采用强制循环蒸发结晶器,适用于处理易结垢和易结晶的物料,可有效防止加热管内的堵塞。4 + 采用真空降膜蒸发工艺和热泵等节能技术热法回收氯化铵和氯化钠,解决了原热法工艺的技术难题,并成功建立了一套热法
12、回收氯化铵和氯化钠的工业化装置,其工艺有如下特点:1)相比冷法回收氯化铵,热法工艺没有水不平衡问题,处理过程中不加入氯化钠,操作简单,能耗低,并同时回收氯化铵和氯化钠; 2)降低腐蚀。采用了 3效真空蒸发,二效和三效均为负压操作,有效降低了各效溶液的沸点, 使得设备的操作温度降低。一般情况下, 一效的沸点控制在 100 110 e ,二效沸点控制在 85 90 e ,三效沸点控制在60 70 e ,从而减少了溶液对设备的腐蚀,有效延长了使用年限; 3)节约能源。采用多效蒸发和热泵技术,使二次蒸汽得到了多次利用,并充分利用了冷凝水的余热,从而降低了能耗,节约了能源,每蒸发 1 kg水仅需生蒸汽
13、0. 35 kg; 4)生产效率高。第一、三效蒸发器使用降膜蒸发器,这种蒸发器传热系数高,温差损失小,且易于实现多效操作,提高了生产效率; 5)降低了生产成本。由于解决了设备腐蚀的问题,设备的使用寿命延长,从而减少了设备投资;生产过程中的二次蒸汽和冷凝水的余热得到了充分利用,降低了能耗,从而使综合生产成本大大降低。5 T该项目实施 1 a后,回收的氯化钠和氯化铵的纯度高。其中氯化钠的纯度 95% ,氯化铵中氮的58 无机盐工业 第 42卷第 8期质量分数 25%,符合工业盐国家标准(GB 5462)2003)和农业用氯化铵产品国家标准 (GB 2946)1992),取得了显著的社会效益和经济效
14、益。6 采用多效真空降膜蒸发、热泵等技术热法回收氯化钠和氯化铵,解决了原热法回收氯化铵和氯化钠工艺中设备腐蚀严重、能耗较高的技术难题,并实现了氯化铵和氯化钠的同时回收,为在不同温度下溶解度有较大差别的盐的分离提供借鉴。目前,该工艺已实现工业化生产,工业装置运行稳定,产品质量可靠。该工艺不仅适用于小苏打母液的处理,同时也适用于其他含氯化铵和氯化钠废水的处理,具有良好的发展前景。 I D :1 丁军委,孙国庆,刘宝. 复分解法制备小苏打的研究 J.无机盐工业, 2008, 40(4): 35- 36.2 大连化工研究设计院.纯碱工学 M. 2版. 北京:化学工业出版社, 2004.3 崔益顺. N
15、aCl- NH 4 Cl- H 2O三元盐水体系相平衡研究 J.盐业与化工, 2009, 38(1): 11- 14.4 史晓平,刘常松,魏峰,等. 从含氯化铵、氯化钠废水中回收氯化铵和氯化钠的工艺方法: 中国, 101544437 P . 2009 -09- 30.l : 2010- 03- 17T e :史晓平 (1965) )男,副教授,硕士, 主要研究方向为蒸发技术与装置的研发、推广,已公开发表论文 15篇。 Z T : xpshi hebut. edu. cn(上接第 46页)的反应)。随着反应(1)的进行,溶液中 c (Cu2+ )逐渐减小,则E1亦随之减小。当 c (Cu2+ )减小到以下式子成立时:E1 + ( 0. 059 16T ) /(2 298) lg c (Cu2+ ) / c (Fe2+ ) =E2 + (0. 059 16 T ) /(2298) lg c(Ni2+ ) / c (Fe2+ ) 反应 ( 2)开始进行, 此时溶液中 c ( Ni2+ ) =c (N i2+ )0 =
