如何用真空蒸發(fā)結晶法制取無水硫酸鈉的方法

1、用真空蒸發(fā)結晶法制取無水硫酸鈉 李淑萍, 劉有智 ( 華北工學院 化學工程系, 山西 太原 030051) 無水硫酸鈉又名元明粉, 廣泛用于生產(chǎn)硫化鈉、水玻璃和群青等 還可用于制造玻璃、造紙、洗滌 . 劑、肥皂、染料、合成纖維、制革、醫(yī)藥和陶瓷等行業(yè), 是一種重要的化工原料 1 . 1實驗原理 生產(chǎn)無水硫酸鈉的常用方法有芒硝脫水法、轉化法、副產(chǎn)法、鈣芒硝法等 1 芒硝脫水法又分為全溶 蒸發(fā)脫水法、熱融蒸發(fā)脫水法和熱融鹽析脫水法 2 . 作者采 用水環(huán)式真空泵產(chǎn)生真空, 用 D TB ( 導流筒 - 檔板) 型結晶 器并用真空蒸發(fā)結晶法直接從工業(yè)粗制芒硝中結晶出無水硫 酸鈉 該方法具有流程短、設

2、備少、投資小、產(chǎn)品粒度、純度 . 易控制等優(yōu)點. 根據(jù)物質相平衡圖 1 ( 如圖 1 所示) , 就可以確定以什么 形態(tài)把物質從溶液中結晶出來. 從圖 1 中的曲線可以看出, 硫酸鈉的溶解度曲線有 3 個拐點 A , B , C , 其中 B 點的溫度 為 32. 4 . 當 T 32. 4 時, 硫酸鈉在水溶液中的溶解度隨著溫 度的升高而迅速增大, 與飽和溶液呈平衡的固體是 10 水硫 酸鈉; 而當 32. 4 T 32. 4 , 硫酸鈉溶液達到飽 圖 1硫酸鈉與水系統(tǒng)相平衡圖 和時, 就會有無水硫酸鈉開始析出. 這就決定了從粗制芒硝 F ig. 1T he p ha se equ ilib

3、 rium of N a 2SO 4 2H 2O 中制取無水硫酸鈉時必須采用蒸發(fā)結晶法. 2結晶器的選擇 D TB 型結晶器是一種效能較高的結晶器, 它能產(chǎn)生較大的晶粒, 生產(chǎn)強度較高, 器內不易產(chǎn)生結晶 收稿日期: 作者簡介: 李淑萍 (1973- ) , 女, 碩士生. 從事專業(yè): 化工工藝. 摘要: 目的研究用 D TB 型結晶器從工業(yè)粗制芒硝中制取無水硫酸鈉的工藝條件 1 方法采用真空蒸 發(fā)結晶法. 結果得出了不同結晶條件對產(chǎn)品粒度及質量的影響. 結論制得了符合國家標準的二級品. 關鍵詞: D TB 型結晶器; 真空蒸發(fā)結晶; 芒硝; 無水硫酸鈉 中圖分類號: O 653文獻標識碼:

4、A 58 華北工學院學報 2001 年第 1 期 疤, 可用于真空冷卻、蒸發(fā)法、直接接觸冷卻法以及反應法的結晶操作 . . D TB 型結晶器的構造如下: 它的中部有一導流筒, 在四周有一圓筒形擋板 在導流筒內接近下端處 有螺旋槳, 以較低的轉速旋轉, 懸浮液在螺旋槳的推動下, 在筒內上升至液體表層, 然后轉向下方, 沿導 流筒與擋板之間的環(huán)行通道流至器底, 重又被吸入導流筒的下端, 如此往復循環(huán), 形成接近良好混合的 條件 圓筒形擋板將結晶器分割為晶體生長區(qū)和澄清區(qū), 擋板與器壁間的環(huán)隙為澄清區(qū), 其攪拌的影響 . 已經(jīng)消失. 要使晶體得以從母液中沉降分離, 只有過量的微晶可隨母液在澄清區(qū)的

5、頂部排出器外, 從而 實現(xiàn)對微晶量的控制 1 結晶器的上部為氣液分離空間, 用于防止霧沫夾帶, 熱的濃物料加至導流筒的下 方, 晶漿由結晶器的底部排出. 為了使所生產(chǎn)的晶體具有更窄的粒度分布, 這種形式的結晶器在下部設 有淘析腿. 這種結晶器屬于典型晶漿內循環(huán)結晶器, 與無攪拌結晶罐、循環(huán)母液結晶器、強制外循環(huán)結晶器相 比, 其效果要好的多, 因此作者選擇了 D TB 型結晶器 . 3實驗方法 實驗裝置如圖 2 所示. ( 1) 原液處理 由于該實驗物系采用工業(yè)芒硝, 其主要成分為 N a 2 SO 4 以及泥、沙、 . 硫酸鎂、硫酸鈣、 氯化鈉等. 因此, 在結晶前先將其溶解, 再加入一 定

6、量碳酸鈉調節(jié) pH 值到 9, 然后進行抽濾, 除去 溶液中的泥沙以及鈣、鎂離子, 抽濾后再向溶液中 加硫酸中和過多的碳酸根離子至 pH 值為 7, 加熱 待用 . ( 2 ) 結晶 將處理過的溶液倒入進料高位槽, . 打開泵及加熱器, 調節(jié)真空度, 保持恒溫進行蒸 發(fā), 每隔 2 h 取樣一次. 當產(chǎn)品粒度或純度不能達 到實驗要求時, 停止結晶, 母液則返回蒸發(fā)器中循 環(huán)蒸發(fā). ( 3 ) 產(chǎn)品處理 當溶液溫度低于 32. 4 時, . 從硫酸鈉水溶液中結晶出來的固體是 10 水硫酸 鈉 所以對結晶出來的產(chǎn)品應進行快速抽濾, 除去 . 水分, 使成品含水率在 0. 1% 以下. 為了防止 1

7、0 水硫酸鈉析出, 過濾后, 可用事先加熱至 50 的 蒸餾水洗滌晶體, 但洗滌水用量不可太多, 以免晶 體大量溶解. 為了不使晶體溶解而減少結晶產(chǎn)量, 該實驗采用加熱的飽和液對晶體進行洗滌處理. ( 4) 產(chǎn)品烘干 將產(chǎn)品放在恒溫干燥箱內, 溫 . 度保持在 140 , 干燥 1 h, 然后進行粒度分析. 1- 結晶器; 2- 電機及減速機; 3- 水環(huán)式真空泵; 4- 烘箱; 5- 抽濾瓶; 6- 離心泵; 7- 加熱器; 8- 攪拌器; 9- 進料口; 10- 出料口 圖 2硫酸鈉結晶實驗裝置圖 F ig. 2T he equ ipm en t fo r crysta lliza tio

8、n of N a 2 SO 4 4實驗方案 對該實驗的主要影響因素有: 反應溫度、進料濃度、攪拌速度、反應時間、表面活性劑、真空度等 . 根據(jù)初步實驗, 這些因素都不同程度地對硫酸鈉晶體粒度有影響 用正交設計方法進行實驗, 因素- 水 . 平表如表 1 所示. ( 總第 75 期) 用真空蒸發(fā)結晶法制取無水硫酸鈉 ( 李淑萍等) 表 1因素- 水平表 . Tab 1 T he tab le of facto rs and levels 59 因素 水平 1 2 A B C D E F 反應溫度 60 70 攪拌速度 100 r m in 80 r m in 進料濃度 1. 5 m o l L

9、2. 0 m o l L 反應時間 6h 8h 真空度 0. 06 M Pa 0. 04 M Pa 表面活性劑 無 有 正交實驗結果如表 2 所示. 從表 2 可以得出, 要得到大顆粒無水硫酸鈉, 影響因素從大到小的順序 依次為: E - A (D ) - C - B ( F ). 因素 A 與 D , B 與 F 對粒度的影響程度幾乎相同, 但最佳工藝的選擇應 綜合考慮這兩種因素的影響, 其最佳工藝條件組合為: A 2B 1C 2D 2 E 2 F 2. 表 2正交設計表 . Tab 2T he tab le of o rthogona l exp eri en t m 列 因 實驗號 1

10、2 3 4 5 6 7 8 號 素 1 A 2 B 3 C 4 D 5 E 6 粒度 mm F 1 1 1 1 2 2 2 2 1. 35 1. 85 R 0. 50 1 1 2 2 1 1 2 2 1. 65 1. 55 R 0. 10 1 1 2 2 2 2 1 1 1. 40 1. 80 R 0. 40 1 2 1 2 1 2 1 2 1. 35 1. 85 R 0. 50 1 2 1 2 2 1 2 1 1. 30 1. 90 R 0. 6 1 2 2 1 2 1 1 2 1. 55 1. 65 R 0. 10 0. 10 0. 50 0. 30 0. 45 0. 50 0. 55 0

11、. 45 0. 35 極差 分析 最佳工藝條件下實驗產(chǎn)品的典型分析數(shù)據(jù)及國家標準 (GB 6009- 85) 如表 3 所示 . 表 3最佳實驗產(chǎn)品結果 . Tab 3T he op ti a l resu lt of exp eri en ta l p roduct m m 指標 硫酸鈉 (N a 2 SO 4 ) 100 實驗產(chǎn)品 98. 2- 98. 5 國標二級規(guī)定 98. 0 0. 30 0. 50 指標 水不溶物100 氯化物100 白度 實驗產(chǎn)品 0. 03- 0. 07 0. 35- 0. 63 國標二級規(guī)定 0. 1 0. 70 73 鈣鎂 ( 以鎂計) 重量100 0. 0

12、7- 0. 25 水分100 0. 1- 0. 4 未檢驗 5討論 5. 1溫度對結晶粒度的影響 當溫度過高時, 結晶速度較快, 易使晶體中包藏雜質, 使純度下降, 同時形成的晶核也較多, 因而粒 度較小; 但如果溫度低, 達到過飽和所需的時間長, 所需能耗就大 如需得到大晶粒、高純度的晶體, 溫 . 度在 70 時最佳 3 . 5. 2進料濃度對結晶粒度的影響 進料濃度高時, 溶液愈接近飽和值, 在同一加熱條件下單位時間得到的過飽和液數(shù)量越多, 單位時 60 華北工學院學報 2001 年第 1 期 間析出的晶體數(shù)量便越多, 而得到的晶體粒度卻越細 . 5. 3真空度對結晶粒度的影響 當真空度

13、太高時, 結晶產(chǎn)品純度較低、粒度也較小 這是因為高真空度時, 溶劑蒸發(fā)快、結晶速率 . 大、產(chǎn)生晶核多. 所以, 在真空度在 0. 04 M Pa 的蒸發(fā)條件下可得到較大和較純的產(chǎn)品 . 5. 4攪拌速率對結晶粒度的影響 從實驗結果可以看出, 轉速高時, 結晶產(chǎn)品粒度較小, 反之粒度較大 這是因為攪拌槳和晶槳接觸 . 是二次成核的主要來源, 攪拌槳轉速越高, 這兩者接觸的機會越多, 晶體越易破碎, 因而晶粒就越小 所 . 以, 要制大晶粒, 攪拌速率采用 80 r m in 時為最佳 . 5. 5反應時間對結晶粒度的影響 一般來說, 停留時間越長, 結晶粒度越大, 純度較大; 反之粒度越小,

14、純度越低 這是因為隨著時間 . 的加長, 溶液中溶質在晶體上生長的時間也越長, 因而晶體越大 . 5. 6表面活性劑對結晶粒度的影響 在結晶過程中加入適量的十二烷基苯磺酸鈉, 可使產(chǎn)品粒度增大, 這是因為十二烷基苯磺酸鈉能改 變硫酸鈉晶體外形, 使硫酸鈉晶體粗大 4 . 另外, 通過晶體外形的改變, 一定程度上可防止晶體結塊 . 6結論 ( 1) 真空結晶法能結晶出較大顆粒的無水硫酸鈉 最佳工藝條件為: 結晶溫度 70 , 真空度 . 0. 04 M Pa, 攪拌速度 80 r m in, 有表面活性劑, 反應時間 8 h, 進料濃度 1. 5 m o l L. ( 2) D TB 型結晶器可

15、通過控制回流量來調節(jié)粒度和純度, 操作起來十分方便 . 參考文獻: 1 天津化工研究院. 無機鹽工業(yè)手冊. 下冊 M . 北京: 化學工業(yè)出版社, 1981. 286, 297. 2 蘇 哈姆斯基 E B. 化學工業(yè)中的結晶 M . 北京: 化學工業(yè)出版社, 1990. 255. 3 盧芳儀, 盧愛軍. 由含硫酸鈉的廢液中直接制取無水硫酸鈉 J . 化工環(huán)保, 1997, 17 ( 2) : 106. 4 丁緒淮, 談遒. 工業(yè)結晶 M . 北京: 化學工業(yè)出版社, 1985. 181. Using Vacuum Evapora tion Crysta l iza tion to Get An

16、hydrous Sod ium Sulfa te (D ep t. of Chem ica l Engineering, N o rth Ch ina In stitu te of T echno logy, T a iyuan 030051, Ch ina ) Abstract: A i T he techno log ica l cond it ion requ ired to get anhyd rou s sod ium su lfa te from m the indu st ria l coa rse m irab ilite is d iscu ssed. M ethodsV a

17、cuum evapo ra t ion crysta llza t ion is u sed. ResultsT he influence on g ranu la rity and qua lity of the p roduct under d ifferen t cond i2 t iona l Standa rd. d rou s sod ium su lfa te t ion s is stud ied. Conclus ion T he p roduct acco rd s w ith the second cla ss criterion of the N a 2 Key wor

18、d: D TB crysta lliza to r; vacuum evapo ra t ion crysta lliza to r; sod ium su lfa te; anhy 2 L I Shu 2 ing, L I You 2zh i p U 1本文由lzhly1010貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 2001 年 第 22 卷 第 1 期 ( 總第 75 期) 華北工學院學報 JO URNAL O F NO RTH CH INA INST ITUTE O F TECHNOLO GY . V o l 22N o. 12001

19、( Sum N o. 75) 文章編號: ( 2001) 用真空蒸發(fā)結晶法制取無水硫酸鈉 李淑萍, 劉有智 ( 華北工學院 化學工程系, 山西 太原 030051) 無水硫酸鈉又名元明粉, 廣泛用于生產(chǎn)硫化鈉、水玻璃和群青等 還可用于制造玻璃、造紙、洗滌 . 劑、肥皂、染料、合成纖維、制革、醫(yī)藥和陶瓷等行業(yè), 是一種重要的化工原料 1 . 1實驗原理 生產(chǎn)無水硫酸鈉的常用方法有芒硝脫水法、轉化法、副產(chǎn)法、鈣芒硝法等 1 芒硝脫水法又分為全溶 蒸發(fā)脫水法、熱融蒸發(fā)脫水法和熱融鹽析脫水法 2 . 作者采 用水環(huán)式真空泵產(chǎn)生真空, 用 D TB ( 導流筒 - 檔板) 型結晶 器并用真空蒸發(fā)結晶法直

20、接從工業(yè)粗制芒硝中結晶出無水硫 酸鈉 該方法具有流程短、設備少、投資小、產(chǎn)品粒度、純度 . 易控制等優(yōu)點. 根據(jù)物質相平衡圖 1 ( 如圖 1 所示) , 就可以確定以什么 形態(tài)把物質從溶液中結晶出來. 從圖 1 中的曲線可以看出, 硫酸鈉的溶解度曲線有 3 個拐點 A , B , C , 其中 B 點的溫度 為 32. 4 . 當 T 32. 4 時, 硫酸鈉在水溶液中的溶解度隨著溫 度的升高而迅速增大, 與飽和溶液呈平衡的固體是 10 水硫 酸鈉; 而當 32. 4 T 32. 4 , 硫酸鈉溶液達到飽 圖 1硫酸鈉與水系統(tǒng)相平衡圖 和時, 就會有無水硫酸鈉開始析出. 這就決定了從粗制芒硝

21、 F ig. 1T he p ha se equ ilib rium of N a 2SO 4 2H 2O 中制取無水硫酸鈉時必須采用蒸發(fā)結晶法. 2結晶器的選擇 D TB 型結晶器是一種效能較高的結晶器, 它能產(chǎn)生較大的晶粒, 生產(chǎn)強度較高, 器內不易產(chǎn)生結晶 收稿日期: 作者簡介: 李淑萍 (1973- ) , 女, 碩士生. 從事專業(yè): 化工工藝. 摘要: 目的研究用 D TB 型結晶器從工業(yè)粗制芒硝中制取無水硫酸鈉的工藝條件 1 方法采用真空蒸 發(fā)結晶法. 結果得出了不同結晶條件對產(chǎn)品粒度及質量的影響. 結論制得了符合國家標準的二級品. 關鍵詞: D TB 型結晶器; 真空蒸發(fā)結晶;

22、芒硝; 無水硫酸鈉 中圖分類號: O 653文獻標識碼: F 反應溫度 60 70 攪拌速度 100 r m in 80 r m in 進料濃度 1. 5 m o l L 2. 0 m o l L 反應時間 6h 8h 真空度 0. 06 M Pa 0. 04 M Pa 表面活性劑 無 有 正交實驗結果如表 2 所示. 從表 2 可以得出, 要得到大顆粒無水硫酸鈉, 影響因素從大到小的順序 依次為: E - A (D ) - C - B ( F ). 因素 A 與 D , B 與 F 對粒度的影響程度幾乎相同, 但最佳工藝的選擇應 綜合考慮這兩種因素的影響, 其最佳工藝條件組合為: A 2B

23、1C 2D 2 E 2 F 2. 表 2正交設計表 . Tab 2T he tab le of o rthogona l exp eri en t m 列 因 實驗號 1 2 3 4 5 6 7 8 號 素 1 A 2 B 3 C 4 D 5 E 6 粒度 mm F 1 1 1 1 2 2 2 2 1. 35 1. 85 R 0. 50 1 1 2 2 1 1 2 2 1. 65 1. 55 R 0. 10 1 1 2 2 2 2 1 1 1. 40 1. 80 R 0. 40 1 2 1 2 1 2 1 2 1. 35 1. 85 R 0. 50 1 2 1 2 2 1 2 1 1. 30

24、1. 90 R 0. 6 1 2 2 1 2 1 1 2 1. 55 1. 65 R 0. 10 0. 10 0. 50 0. 30 0. 45 0. 50 0. 55 0. 45 0. 35 極差 分析 最佳工藝條件下實驗產(chǎn)品的典型分析數(shù)據(jù)及國家標準 (GB 6009- 85) 如表 3 所示 . 表 3最佳實驗產(chǎn)品結果 . Tab 3T he op ti a l resu lt of exp eri en ta l p roduct m m 指標 硫酸鈉 (N a 2 SO 4 ) 100 實驗產(chǎn)品 98. 2- 98. 5 國標二級規(guī)定 98. 0 0. 30 0. 50 指標 水不溶物100 氯化物100 白度 實驗產(chǎn)品 0. 03- 0. 07 0. 35- 0. 63 國標二級規(guī)定 0. 1 0. 70 73 鈣鎂 ( 以鎂計) 重量100 0. 07- 0. 25 水分100 0. 1- 0. 4 未檢驗 5討論 5. 1溫度對結晶粒度的影響 當溫度過高時, 結晶速度較快, 易使晶體中包藏雜質, 使純度下降, 同時形成的晶核也較多, 因而粒 度較小; 但如