專利名稱：復式苛化生產(chǎn)燒堿的方法及專用反應器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于苛化生產(chǎn)燒堿(NaOH)的方法及專用反應器。
在本發(fā)明作出以前，工業(yè)上生產(chǎn)燒堿(NaOH)有兩種方法，即電解食鹽水的氯堿法和碳酸鈉苛化法。電解法采用1-3A/平方厘米的電流強度電解食鹽水，可得到12%左右濃度的燒堿(NaOH)溶液。電解法制得的燒堿純度高但投資大(需一百萬元以上)，耗能大，產(chǎn)生氫氣和氯氣，容易造成環(huán)境污染?，F(xiàn)有苛化法一般是將20%的純堿(Na2CO3)置于鐵鍋中，加熱至80℃，攪拌加入石灰乳〔Ca(OH)2〕，靜置2～3小時，反應如下
反應后，去除沉淀，取出清液，即為成品，其中含燒堿6～8%。經(jīng)蒸發(fā)濃縮最終可得含NaOH95%的固體燒堿?，F(xiàn)有苛化法投資少，易上馬，但收得率低，一般在40%以下;由于使用鐵鍋，含鐵雜質(zhì)多;需加熱，耗能大;初產(chǎn)物濃度小(6-8%)，難于直接使用;仍有廢氣(SO2、CO2)產(chǎn)生，污染環(huán)境;成本高，生產(chǎn)1噸燒堿需用2.5噸以上的純堿。
針對現(xiàn)有苛化法的上述不足之處，本發(fā)明提供了復式苛化生產(chǎn)燒堿的方法及專用反應器，旨在提高燒堿的純度和收得率，減小能耗，增加初產(chǎn)物濃度，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。
本發(fā)明的目的是通過下述途徑實現(xiàn)的以硫酸鈉或碳酸鈉和石灰為原料，經(jīng)過兩次或兩次以上的多次苛化作用，在這些苛化作用中，沉淀物和浸取液經(jīng)過逆向循環(huán)使用，從而無需加熱即可制備高濃度燒堿溶液。其中兩次苛化作用有三種方式，即A方式、B方式和C方式。A方式的反應步驟為，以硫酸鈉、石灰和水的反應為第一步，硫酸鈉、石灰和水的重量比為硫酸鈉∶石灰∶水＝1∶0.5～0.8∶2.5～5。以第一步反應的沉淀和水的反應為第二步，水的用量仍為第一步中所用硫酸鈉重量的2.5～5倍。第二步反應后的沉淀取出為副產(chǎn)物，浸取液代替水再用于下一輪的第一步反應與新的硫酸鈉和石灰作用，其重量比與第一輪相同，并經(jīng)第一步反應浸取而制得燒堿溶液初產(chǎn)品。如此循環(huán)。B方式的反應步驟為，以碳酸鈉、石灰和水的反應為第一步，碳酸鈉、石灰和水的重量比為碳酸鈉∶石灰∶水＝1∶1～1.5∶2～5。以第一步反應的沉淀和水的反應為第二步，水的用量仍為第一步中所用碳酸鈉重量的2～5倍。第二步反應后的沉淀取出為副產(chǎn)物，浸取液代替水再用于下一輪的第一步反應，與新的碳酸鈉和石灰作用，其重量比與第一輪相同并經(jīng)第一步反應浸取而制得燒堿溶液初產(chǎn)品。如此循環(huán)。C方式的反應步驟為，以硫酸鈉、石灰和水的反應為第一步，硫酸鈉、石灰和水的重量比為硫酸鈉∶石灰∶水＝1∶0.5～0.8∶2.5～5。以碳酸鈉、石灰和第一步的浸取液的反應為第二步，碳酸鈉、石灰和第一步的浸取液的重量比為碳酸鈉∶石灰∶第一步的浸取液＝1∶1～1.5∶2～5。第二步反應的浸取液為燒堿溶液初產(chǎn)品，沉淀取出為副產(chǎn)物。在上述A、B、C三種方式的循環(huán)中，每循環(huán)一輪均可取一次燒堿溶液初產(chǎn)品和沉淀副產(chǎn)物。
本發(fā)明兩次以上的多次苛化作用可以是上述兩次苛化作用中的A方式的延續(xù)，也可以是B方式的延續(xù)，也可以是C方式的延續(xù)。當兩次以上的多次苛化作用是A方式的延續(xù)時，其第一步反應與A方式的第一步反應相同;第二步反應為第一步反應的沉淀物和前一輪的第三步反應的浸取液的反應;第三步反應為第二步反應的沉淀物和水(僅限于三次苛化法)或前一輪的第四步反應的浸取液的反應，如此類推，可為多次苛化。最后一步反應為前一步反應的沉淀物與水的反應，反應后的浸取液供下一輪的前一步反應使用，沉淀取出作為副產(chǎn)物。第二輪的第一步反應為新的硫酸鈉和石灰與第一輪的第二步反應的浸取液的反應，反應的浸取液取出為燒堿溶液初產(chǎn)品，沉淀供第二步反應使用。如此往復，形成沉淀和浸取液的逆循環(huán)反應路線。每循環(huán)一輪可取一次燒堿溶液初產(chǎn)品和沉淀副產(chǎn)品。反應中，硫酸鈉、石灰和水或前一輪的下一步反應的浸取液的重量比為硫酸鈉∶石灰∶水或前一輪的下一步反應的浸取液＝1∶0.5～0.8∶2.5～5。
當兩次以上的多次苛化作用是B方式的延續(xù)時，其第一步反應與B方式的第一步反應相同;第二步反應為第一步反應的沉淀物和前一輪的第三步反應的浸取液的反應;第三步反應為第二步反應的沉淀物和水(僅限于三次苛化法)或前一輪的第四步反應的浸取液的反應，如此類推，可為多次苛化。最后一步反應為前一步反應的沉淀物與水的反應，反應后的浸取液供下一輪的前一步反應使用，沉淀取出作為副產(chǎn)物。第二輪的第一步反應為新的碳酸鈉和石灰與第一輪的第二步反應的浸取液的反應，反應的浸取液取出為燒堿溶液初產(chǎn)品，沉淀供第三步反應使用。如此往復，形成沉淀和浸取液的逆循環(huán)反應路線。每循環(huán)一輪可取一次燒堿溶液初產(chǎn)品和沉淀副產(chǎn)物。反應中，碳酸鈉、石灰和水或前一輪的下一步反應的浸取液的重量比為碳酸鈉∶石灰∶水或前一輪的下一步反應的浸取液＝1∶1～1.5∶2～5。
當兩次以上的多次苛化作用是C方式的延續(xù)時，其第一步反應與C方式的第一步反應相同;第二步反應為碳酸鈉、石灰和第一步的浸取液(僅限于起始反應)或第一步浸取液及前一輪的第三步浸取液的混合液的反應;第三步反應為第二步反應的沉淀物和水(僅限于三次苛化法)或前一輪的第四步反應的浸取液的反應，如此類推，可為多次苛化。最后一步反應為前一步反應的沉淀物與水的反應，反應后的浸取液供下一輪的前一步反應使用，沉淀取出為副產(chǎn)物。第二輪的第一步反應為新的碳酸鈉、石灰與第一輪的第三步反應的浸取液的反應，反應的浸取液取出為燒堿溶液初產(chǎn)品，沉淀供第二步反應使用。如此往復，形成沉淀和浸取液的逆循環(huán)反應路線。每循環(huán)一輪，可取一次燒堿溶液初產(chǎn)品和沉淀副產(chǎn)物。反應中，硫酸鈉、石灰和水的重量比為硫酸鈉∶石灰∶水＝1∶0.5～0.8∶2.5～5;碳酸鈉、石灰和第一步反應的浸取液或前一輪的下一步浸取液的重量比為碳酸鈉∶石灰∶第一步反應的浸取液或前一輪的下一步浸取液＝1∶1～1.5∶2～5。
經(jīng)本發(fā)明所提供的方法生產(chǎn)的燒堿溶液初產(chǎn)品，其燒堿濃度已達到12-19%，可直接用于造紙、醫(yī)藥、食品等工業(yè)，如需固體燒堿，將初產(chǎn)品加以濃縮即可得到。
本發(fā)明的反應器為一種可置于支架或基座上，也可嵌入地面的容器，容器上裝有攪拌器、進出料口等，本發(fā)明的要點是該反應器的內(nèi)表面可以為水泥面，也可以為陶瓷或塑料，反應器的數(shù)量可以是兩個或兩個以上，并且它們依次排列形成在同一平面的或階梯形的連續(xù)循環(huán)序列。由于反應浸取液的燒堿溶液的比重以約0.02/次的級數(shù)下降，所以一輪循環(huán)中苛化的次數(shù)一般不會超過10次。
本發(fā)明所提供的復式苛化生產(chǎn)燒堿的方法的化學反應方程式為
由于本發(fā)明采用了浸取液和沉淀的逆向循環(huán)復式苛化反應，在每一步反應中，沉淀產(chǎn)生迅速，并被盡快取走，因而每開始一步新的反應，沉淀所接觸的都是低濃度的NaOH溶液，有利于沉淀中未反應完的Na2SO4、Na2CO3或Ca(OH)2的繼續(xù)反應，從而促使反應向生成NaOH的方向進行，反應徹底，從理論上為提高燒堿的收得率奠定了基礎(chǔ)。實踐證明，本發(fā)明制備的燒堿溶液初產(chǎn)品的燒堿濃度可達12-19%，大大高于現(xiàn)有苛化法生產(chǎn)的燒堿溶液初產(chǎn)品6-8%的燒堿濃度，無需濃縮，即可直接用于造紙、醫(yī)藥、食品等工業(yè)等部門。由于初產(chǎn)物濃度的提高，使得本發(fā)明的收得率可達到80%。
本發(fā)明所提供的生產(chǎn)燒堿的方法，通過三個途徑降低燒堿的生產(chǎn)成本。第一，由于反應熱的充分利用，生產(chǎn)中無需加熱，既降低了能耗，又減少了投資。第二，由于循環(huán)作用及Na2SO4的使用，大大減少了Na2CO3的用量，每生產(chǎn)1噸燒堿只需1.2～2噸純堿(Na2CO3)。Na2CO3每噸需花1200元左右，而Na2SO4每噸只要200-400元。第三，燒堿初產(chǎn)品濃度高，在將初產(chǎn)品濃縮制備更高濃度的燒堿液或固體燒堿時，耗能自然就少。
此外，本發(fā)明由于沒有使用鐵質(zhì)反應器或其他鐵質(zhì)器皿，產(chǎn)品中無含鐵雜質(zhì)，鈣、鎂等其他離子也極少，使產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。生產(chǎn)中無廢水、廢氣、廢渣排出，無環(huán)境污染。
本發(fā)明所提供的生產(chǎn)燒堿的反應器，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，造價低廉，不足兩千元即可投產(chǎn)，并且其建造無地域選擇性，隨處可建。該反應器內(nèi)表面由于系水泥。陶瓷或塑料制成，避免燒堿中鐵雜質(zhì)的產(chǎn)生，保證了燒堿質(zhì)量的提高。反應器的數(shù)個連續(xù)循環(huán)序列排列方式，為復式苛化創(chuàng)造了條件，保證了本發(fā)明目的的實現(xiàn)。
本發(fā)明的具體操作步驟和生產(chǎn)過程由下面的附圖和實施例給出。


圖1是復式苛化生產(chǎn)燒堿的工藝流程示意圖。1、A方式和C方式循環(huán)的起點，2、B方式循環(huán)的起點，3、A方式循環(huán)的終點，4、B方式和C方式循環(huán)的終點。
圖2是復式苛化生產(chǎn)燒堿專用反應器(方形)剖面圖。5、攪拌器，6、反應器防腐蝕內(nèi)表面，7、反應器器體，8、基座或支架。
圖3也是復式苛化生產(chǎn)燒堿專用反應器(園形)剖面圖。9、攪拌器，10、輸送浸取液的塑料管或橡膠管，11、反應器防腐蝕內(nèi)表面，12、反應器器體，13、沉淀出口，14、基座或支架。
圖4是反應器階梯形連續(xù)循環(huán)序列布局圖。15、耐腐蝕泵，16、反應器器體，17、基座，18、循環(huán)終點反應器，19、中間反應器，20、循環(huán)起點反應器。
圖5是日產(chǎn)5噸以上燒堿溶液的反應器平面布局圖。21、反應器，22、成品池。
實施例1兩次苛化作用。
稱取Na2SO4100斤，石灰50斤，在反應器1中混合后，攪拌下加水100斤，攪拌均勻成糊狀，接著在攪拌下再加入水400斤，混合均勻，充分反應。稍停后，加入適量水稀釋反應物，靜置，讓其沉淀，澄清。浸取液供下一部使用。
稱取石灰100斤，置于反應器2中，加100斤第一步的浸取液潤濕，使塊狀物松散、粉碎，進而成糊狀。數(shù)分鐘后，溫度達50℃，然后，加入Na2CO3100斤，同時加入第一步的浸取液380斤，邊加邊攪拌，均勻后再用適量第一步的浸取液稀釋，再攪拌10分鐘，讓其充分反應，溫度為75-80℃。靜置澄清2-3小時。取出浸取液即為含燒堿12%的燒堿溶液初產(chǎn)品。沉淀取出作為副產(chǎn)物。如果沉淀在反應器3中，繼續(xù)用水浸取，反應，則可實現(xiàn)兩次以上的多次苛化作用。
實施例2反應器。
發(fā)明人建造過長80cm，寬55cm，高65cm的反應器6個，每個反應器的容積為0.3m3，6個反應器如圖4布局成連續(xù)循環(huán)序列。使用時每個反應器內(nèi)的反應物液位位于反應器高度的五分之四處，效果最好。該組反應器已使用1年，效果良好。
權(quán)利要求
1.苛化生產(chǎn)燒堿的方法，以硫酸鈉或碳酸鈉和石灰為原料，其特征是包含兩次或兩次以上的多次苛化作用，在這些苛化作用中，沉淀物和浸取液經(jīng)過逆向循環(huán)使用，從而無需加熱即可制備高濃度的燒堿溶液。
2.按照權(quán)利要求1所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的兩次苛化作用，可以以A方式進行，即以硫酸鈉，石灰和水(僅限于起始反應)或前一輪的第二步的浸取液的反應為第一步，以第一步反應的沉淀和水的反應為第二步，第二步反應的浸取液再用于下一輪的第一步反應，并經(jīng)第一步反應浸取而制得燒堿溶液初產(chǎn)品，沉淀取出為副產(chǎn)物，如此循環(huán)，也可以以B方式進行，即以碳酸鈉、石灰和水(僅限于起始反應)或前一輪的第二步的浸取液的反應為第一步，以第一步反應的沉淀和水的反應為第二步，第二步反應的浸取液再用于下一輪的第一步反應，并經(jīng)第一步反應浸取而制得燒堿溶液初產(chǎn)品，沉淀取出為副產(chǎn)物，如此循環(huán)，也可以以C方式進行，即以硫酸鈉、石灰和水的反應為第一步，以碳酸鈉、石灰和第一步的浸取液的反應為第二步，燒堿溶液初產(chǎn)品和副產(chǎn)物均由第二步反應后取得。
3.按照權(quán)利要求1、2所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的兩次以上的多次苛化作用，可以是兩次苛化作用中的A方式的延續(xù)，其第一步反應與A方式的第一步反應相同，第二步反應為第一步反應的沉淀物和前一輪的第三步反應的浸取液的反應，第三步反應為第二步反應的沉淀物和水(僅限于三次苛化法)或前一輪的第四步反應的浸取液的反應，如此類推，可為多次苛化，最后一步反應為前一步反應的沉淀物與水的反應，反應后的浸取液供下一輪的前一步反應使用，沉淀取出作為副產(chǎn)物，燒堿溶液初產(chǎn)品在下一輪的第一步反應后取得，如此往復形成沉淀和浸取液的逆循環(huán)反應路線。
4.按照權(quán)利要求1、2所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的兩次以上的多次苛化作用，也可以是兩次苛化作用中B方式的延續(xù)，其第一步反應與B方式的第一步反應相同，第二步反應為第一步反應的沉淀物和前一輪的第三步反應的浸取液的反應，第三步反應為第二步反應的沉淀物和水(僅限于三次苛化法)或前一輪的第四步反應的浸取液的反應，如此類推，可為多次苛化，最后一步反應為前一步反應的沉淀物與水的反應，反應后的浸取液供下一輪的前一步反應使用，沉淀取出為副產(chǎn)物，燒堿溶液初產(chǎn)品在下一輪的第一步反應后取得，如此往復形成沉淀和浸取液的逆循環(huán)反應路線。
5.按照權(quán)利要求1、2所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的兩次以上的多次苛化作用也可以是兩次苛化作用中C方式的延續(xù)，其第一步反應與C方式的第一步反應相同，第二步反應為碳酸鈉、石灰和第一步的浸取液(僅限于起始反應)或第一步浸取液及前一輪的第三步浸取液的混合液的反應，第三步反應為第二步反應的沉淀物和水(僅限于三次苛化法)或前一輪的第四步反應的浸取液的反應，如此類推，可為多次苛化，最后一步反應為前一步反應的沉淀物與水的反應，反應后的浸取液供下一輪的前一步反應使用，沉淀取出為副產(chǎn)物，燒堿溶液初產(chǎn)品在下一輪的第二步反應后取得，如此往復形成沉淀和浸取液的逆循環(huán)反應路線。
6.按照權(quán)利要求1、2所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的硫酸鈉、石灰和水或前一輪的下一步反應的浸取液的重量比為，硫酸鈉∶石灰∶水或前一輪的下一步反應的浸取液＝1∶0.5～0.8∶2.5～5。
7.按照權(quán)利要求1、2所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的碳酸鈉，石灰和水或前一輪的下一步反應的浸取液的重量比為，碳酸鈉∶石灰∶水或前一輪的下一步反應的浸取液＝1∶1～1.5∶2～5。
8.按照權(quán)利要求3所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的硫酸鈉、石灰和水或前一輪的下一步反應的浸取液的重量比為，硫酸鈉∶石灰∶水或前一輪的下一步反應的浸取液＝1∶0.5～0.8∶2.5～5。
9.按照權(quán)利要求4所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的碳酸鈉、石灰和水或前一輪的下一步反應的浸取液的重量比為，碳酸鈉∶石灰∶水或前一輪的下一步反應的浸取液＝1∶1～1.5∶2～5。
10.按照權(quán)利要求5所說的生產(chǎn)燒堿的方法，其特征是所說的硫酸鈉、石灰和水的重量比為硫酸鈉∶石灰∶水＝1∶0.5～0.8∶2.5～5，碳酸鈉、石灰第一步反應的浸取液或(第一步浸取液及第三)前一輪的下一步浸取液的重量比為碳酸鈉∶石灰∶第一步反應的浸取液或(第一步浸取液及第三)前一輪的下一步浸取液的(混合液)＝1∶1～1.5∶2～5。
11.苛法生產(chǎn)燒堿的反應器，為一種容器，可置于支架或基座上，也可嵌入地面，容器上裝有攪拌器進出料口，其特征是內(nèi)表面可以為水泥面，也可以為陶瓷或塑料。
12.按照權(quán)利要求11所說的苛法生產(chǎn)燒堿的反應器，其特征是反應器的數(shù)量可以是兩個或兩個以上，并且它們依次排列形成在同一平面的或階梯形的連續(xù)循環(huán)序列。
全文摘要
復式苛化生產(chǎn)燒堿的方法及專用反應器。本發(fā)明以硫酸鈉或碳酸鈉和石灰為原料，包含兩次或兩次以上的多次苛化作用，反應中沉淀物和浸取液經(jīng)過逆向循環(huán)使用，從而制備含NaOH12—19％的高濃度燒堿溶液。本法反應徹底，收得率可達80％；無需加熱、耗能少；成品含鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)極少；無污染；產(chǎn)品可直接用于造紙等工業(yè)部門；成本低，生產(chǎn)1噸成品只需1.2～2噸純堿；投資少，易上馬。本法專用反應器內(nèi)表面為水泥，陶瓷或塑料制成，多個連續(xù)循環(huán)排列，方便適用。
文檔編號C01D1/20GK1043684SQ8810975
公開日1990年7月11日 申請日期1988年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月20日
發(fā)明者王升全 申請人:王升全