Способ получения каустической соды

 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения каустической соды, получаемой в результате переработки электролитической щелочи, производимой при электролизе поваренной соли. Целью изобретения является уменьшение количества промывных вод за счет исключения отложения солей на поверхностях теплообмена и укрепления кристаллов. Способ включает упаривание электролитической щелочи на первой стадии до концентрации гидрооксида натрия в растворе 22-30%, отделение кристаллов поваренной соли с последующими упариванием щелочи, смешение упаренного раствора каустической соды, содержащего кристаллы поваренной соли и сульфата натрия с охлажденным раствором, содержащим те же соли в соотношении не менее 30:1, охлаждение полученной смеси не более, чем на 2^oС, подача части охлажденного раствора на смешение с упаренным, отделение продукционного раствора каустической соды. Способ позволяет исключить отложение солей на поверхностях теплообмена и увеличить размер кристалла до 400-500 мкм. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии. Оно может быть преимущественно использовано для получения каустической соды и едкого калия из электролитической щелочи, получаемой в результате диафрагменного электролиза растворов поваренной соли или хлористого калия. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в производстве хлора и каустика в химической промышленности и в цветной металлургии. Целью изобретения является уменьшение количества промывных вод за счет исключения отложений солей на поверхностях теплообмена и укрупнения кристаллов. На чертеже приведена схема, поясняющая способ. Электролитическая щелочь после электролиза поступает на первую стадию выпаривания (1), после которой из упаренного раствора электрощелочи (средней щелочи) отделяют кристаллы поваренной соли, без примесей сульфата натрия (2), отделенный от поваренной соли раствор концентрируют на второй стадии выпаривания (3), в процессе чего из раствора кристаллизуются поваренная соль и сульфат натрия. Упаренный раствор каустической соды с кристаллами поваренной соли и сульфата натрия смешивают (4) с охлажденным раствором, содержащим те же соли (5) в соотношении охлажденного раствора и упаренного не менее 30: 1. Затем полученную смесь охлаждают не более, чем на 2^оС в присутствии кристаллов солей с массовой долей не менее 10% (6) и отделяют кристаллы поваренной соли и сульфата натрия от охлажденного раствора (7), получая продукционный раствор каустической соды. Отделенные от охлажденного раствора каустической соды поваренная соль и сульфат натрия промывают от щелочи (8). Электролитическая щелочь, содержащая 10-12% NaOH, 15-18% NaCl и 0,4-1,0% Na₂SO₄ поступает на выпаривание. На первой стадии выпаривания электрощелочь концентрируют до 22-30% NaOH, при этом 70-85% содержащейся в растворе поваренной соли кристаллизуется, сульфат натрия же остается в растворе. Кристаллическую поваренную соль отделяют от раствора, который подают на вторую стадию, а поваренную соль возвращают на электролиз. На второй стадии выпаривания раствор концентрируют до 44-50% по NaOH при 85-100^оС. При этом из раствора кристаллизуются поваренная соль и сульфат натрия. Упаренный раствор, представляющий собой раствор каустической соды, содержит 8-22% кристаллической твердой фазы. Этот раствор вместе с кристаллами соли смешивается с охлажденным раствором, содержащим те же соли, в соотношении охлажденного раствора упаренному не менее, чем 30:1. Температура охлажденного раствора составляет 25-35^оС. После смешения температура смеси упаренного и охлажденного растворов возрастает на 1-3^оС по отношению к температуре охлажденного раствора. При смешении из упаренного раствора кристаллизуются поваренная соль и сульфат натрия, в результате чего концентрация твердой фазы в смеси упаренного и охлажденного растворов возрастает до 10-25% После смешения смесь упаренного и охлажденного растворов, содержащая 10-25% твердой фазы, поступает на охлаждение. Охлаждение раствора до 25-35^оС производят водой в теплообменниках-холодильниках. Охлаждают раствор в теплообменнике не более, чем на 2^оС в присутствии кристаллов солей. Причем, если температура смеси упаренного и охлажденного растворов превышает температуру охлажденного раствора не больше чем на 2^оС, то охлаждение раствора можно производить в одну стадию. Если же температура смеси превышает температуру охлажденного раствора больше чем на 2^оС, то охлаждать раствор необходимо в две и более стадий так, чтобы на каждой стадии раствор охлаждался бы не более, чем на 2^оС. При охлаждении не более, чем на 2^оС раствора, содержащего не менее 10% кристаллической твердой фазы, отложения солей на поверхности теплообмена холодильников практически не происходит. В результате такого режима работы холодильники каустика работают без промывки 15-30 сут. Благодаря присутствию твердой фазы при охлаждении раствора возникающее пересыщение снимается на находящихся в растворе кристаллах солей, что предотвращает отложения солей на поверхностях теплообмена. Смешение охлажденного раствора с упаренным в присутствии кристаллической твердой фазы в заявленном соотношении (не менее 30:1) позволяет исключить образование щелочи, а выделяющуюся твердую фазу кристаллизовать на имеющихся в растворе кристаллах солей. Вследствие этого средневзвешенный размер кристаллов в охлажденном растворе составляет 350-450 мкм, тогда как в способе-прототипе средневзвешенный размер кристаллов солей в охлажденном растворе не превышает 80 мкм. То есть благодаря заявленному способу крупность кристаллов солей в охлажденном растворе каустической соды возрастает в 4-5 раз. Пpи смешении соотношение потоков охлажденного и упаренного растворов должно быть не менее 30:1. В этом случае происходит охлаждение упаренного раствора на 40-70^оС. В процессе охлаждения за счет снижения растворимости из раствора каустической соды кристаллизуются поверенная соль и сульфат натрия так, что концентрация твердой фазы в растворе вырастает с 8-22 до 10-25% В случае, если содержание твердой фазы в упаренном растворе меньше 8% (вследствие повышенной концентрации гидроксида натрия и пониженной концентрации поваренной соли в исходной электролитической щелочи), то содержание твердой фазы в охлаждаемом растворе будет менее 10% Тогда для увеличения концентрации твердой фазы в охлаждаемом растворе до заявленного значения 10% необходимо понизить концентрацию гидроксида натрия после первой стадии выпаривания. Тем самым уменьшают количество поваренной соли, выделившейся на первой стадии выпаривания и соответственно увеличивают количество соли, выделившейся на второй стадии выпаривания. Таким образом повышают концентрацию твердой фазы в охлаждаемом растворе. При этом сниженная концентрация гидроксида натрия после первой стадии выпаривания будет находиться в известном пределе 22-30% То есть для регулирования концентрации твердой фазы в охлаждаемом растворе в заявленном пределе следует изменять концентрацию гидроксида натрия после первой стадии выпаривания, что легко реализуется в процессе работы выпарной установки. Вводить другие специальные приемы или параметры для регулирования концентрации твердой фазы нет необходимости. Продукционный раствор каустической соды получают при отделении фильтрацией кристаллической соли от охлажденного раствора. Получение в заявленном способе крупнокристаллической соли приводит к упрощению стадии отделения соли от раствора, а в конечном итоге и к повышению качества продукционной каустической соды вследствие исключения проскока в раствор мелких кристаллов поваренной соли при отделении солей от охлажденного раствора. При отделении фильтрацией кристаллов солей от охлажденного раствора каустической соды по предложенному способу влажность осадка соли не превышает 10% тогда как в способе-прототипе ввиду меньшего размера кристаллов соли получают осадок солей с влажностью 20-25% т.е. в 2-2,5 раза больше. Отделенный от маточного раствора осадок солей промывают от каустической соды электролитической щелочью и водой для снижения в соли содержания едкого натра до 8 кг NaOH на 1 кг NaCl. Расход промывных вод прямо пропорционален влажности осадка, т.е. по предложенному способу требуется в 2-2,5 раза меньше промывных вод, чем в прототипе. Соответственно меньше приходится тратить энергии на упаривание этих промывных вод. П р и м е р 1. Электролитическую щелочь, содержащую 10% NaOH, 15% NaCl и 0,5% Na₂SO₄ упаривают в пятикорпусной (четырехкорпусной с доупаривателем) выпарной установке. Для получения 1 т 100% NaOH на упаривание подают 10 т электролитической щелочи. При концентрировании раствора в первых трех корпусах выделяется поваренная соль без примесей сульфата натрия. Из третьего корпуса выпарной установки (после первой стадии выпаривания) упаренную пульпу отводят для промежуточного отделения поваренной соли. При этом массовая доля NaOH в растворе составляет 22% Поваренная соль отделяют от щелочи на центрифуге и возвращают на электролиз. Количество поваренной соли равно 0,99 т на 1 т 100% NaOH. После отделения поваренной соли раствор направляют в четвертый, а затем в пятый корпуса выпарной установки для дальнейшего концентрирования. Отбираемый из пятого корпуса выпарной установки упаренный раствор имеет массовую долю NaOH в жидкой фазе 50% В растворе содержится 20% кристаллической твердой фазы, представляющей собой поваренную соль и сульфат натрия. Расход упаренного раствора, содержащего кристаллическую соль, составляет 2,5 т на 1 т 100% NaOH. Температура упаренного раствора 100^оС. Расход греющего пара на выпаривание электролитической щелочи составляет 2,5 т на 1 т 100% NaOH. Охлаждение упаренного раствора каустической соды от 100 до 30^оС производят в две стадии. Упаренный раствор вместе с кристаллами солей в количестве 2,5 т на 1т 100% NaOH подают на первую стадию и смешивают с охлажденным раствором, также содержащим кристаллическую соль. При соотношении охлажденного раствора к упаренному 30:1 количество охлажденного раствора 75 т. Температура охлажденного раствора каустической соды на первой стадии охлаждения 50^оС. Смешение охлажденного раствора с упаренным осуществляют в баке с мешалкой. После смешения на первой стадии охлаждения температура смеси охлажденного и упаренного растворов составляет 51,6^оС. Из бака раствор вместе с твердой фазой прокачивается через холодильник каустика первой ступени охлаждения. В холодильнике раствоp охлаждается водой от 51,6 до 50^оС, т.е. на 1,6^оС. При этом в охлаждаемом растворе концентрация твердой фазы составляет 21,2% Из холодильника раствор с температурой 50^оС подается в бак первой ступени охлаждения для смешения с упаренным раствором. Дальнейшее охлаждение раствора от 50 до 30^о производят на второй стадии, для чего охлажденный на первой стадии охлаждения раствор каустической соды вместе с кристаллической солью смешивают с охлажденным до 30^оС на второй стадии раствором, содержащим те же соли. При этом соотношение охлажденного до 30^оС раствора второй стадии к охлажденному раствору первой стадии также равно 30:1. После смешения в баке с мешалкой второй стадии охлаждения температура смеси растворов составляет 30,7^оС. Далее раствор вместе с твердой фазой охлаждается в холодильнике второй ступени охлаждения от 30,7 до 30^оС, т. е. на 0,7^оС, а затем подается в бак второй ступени. Массовая доля твердой фазы при охлаждении до 30^оС возрастает до 21,6% Средний размер кристаллов соли после охлаждения упаренного раствора составляет 430 мкм, а доля мелких кристаллов с размером менее 100 мкм не превышает 3% Охлажденный раствор каустической соды вместе с кристаллами поваренной соли и сульфата натрия поступает на узел отделения солей. После отделения соли фильтрацией получают продукционный раствор каустической соды в количестве 1,96 т (на 1 т 100% NaOH), содержащий 50,8% NaOH, 0,96% NaCl и 0,01 Na₂SO₄, полностью удовлетворяющий требованиям ГОСТ 2263-79. Отделенный от раствора каустической соды осадок соли имеет влажность 7,5% Количество отделенного от раствора влажного осадка соли составляет 0,58 т. Для доведения содержания едкого натра в соли до требуемой величины 8 г NaOH на 1 кг NaCl осадок промывают электролитической щелочью и водой. Для промывки осадка подают (в расчете на 1 т 100% NaOH) 70 кг электрощелочи и 62 кг воды. При осуществлении предложенного способа установка для получения каустической соды (включая узел охлаждения каустика) работала без остановок и промывок в течение 30 сут. После этого была осуществлена плановая остановка оборудования. Проведенный осмотр теплообменных поверхностей холодильников каустика показал полное отсутствие отложений солей. Вследствие промывки осадка соли в процесс дополнительно вводится 70 х 0,745 + 62 114 кг воды (0,745 содержание воды в электрощелочи). На выпаривание этой воды затрачивают дополнительно 114 х 0,34 39 кг греющего пара (0,34 кг/кг удельный расход греющего пара на выпаривание 1 кг воды на четырехкорпусной с доупаривателем выпарной установке). В случае получения раствора каустической соды по способу-прототипу получают осадок соли с влажностью 25% На промывку осадка (в расчете на 1 т 100% NaOH) затрачено 320 кг электрощелочи и 890 кг воды. Средневзвешенный размер кристаллов соли, выделяющихся из охлажденного раствора, составляет 0,082 мм. Узел охлаждения каустика работает до промывки 3 ч, после чего останавливается и промывается водой. Количество промывной воды составляет 500 кг на 1 т 100% NaOH. Вследствие промывки осадка соли от щелочи, а также промывки узла охлаждения каустика от отложений соли в процесс дополнительно вводится 320 х 0,745+89+500 1628 кг воды на 1 т 100% NaOH. На выпаривание этой воды дополнительно затрачивают 1628 ˙ 0,34 554 кг греющего пара. Таким образом, благодаря данному способу обводнение процесса снижается в 14 раз. П р и м е р 2. В условиях, аналогичных условиям примера 1, охлаждение упаренного раствора каустической соды производили в одну стадию. Упаренный раствор с кристаллической солью в количестве 2,5 т (на 1 т 100% NaOH) смешивали с 75 т охлажденного раствора, содержащего кристаллическую соль. При этом соотношение охлажденного раствора к упаренному было 30:1. Температура охлажденного раствора 30^оС. После смешения температура смеси охлажденного и упаренного раствора составила 32,3^оС, а массовая доля твердой фазы в нем 21,6% В холодильнике каустика раствор охлаждался от 32,3 до 30^оС, т.е. на 2,3^оС. Отделенный от охлажденного раствора осадок соли имел влажность 15% и средневзвешенный размер кристаллов 300 мкм. Количество влажного осадка составило 0,63 т на 1 т 100% NaOH. Для промывки осадка подавалось (в расчете на 1 т 100% NaOH) 190 кг электрощелочи и 260 кг воды. Межпромывочный период работы узла охлаждения каустика составил 5 сут. После этого производилась промывка водой, расход которой составил 30 кг в пересчете на 1 т 100% NaOH. Общее количество дополнительно вводимой в процессе воды на 1 т 100% NaOH:190 ˙ 0,745+280+30= 452 кг. Дополнительные затраты греющего пара на выпаривание этой воды 452 ˙ 0,34 154 кг. Результаты осуществления способа по этим, а также по другим примерам сведены в таблицу. В таблице приведены примеры осуществления способа как при соотношении смешиваемых охлажденного и упаренного растворов, равном 30:1, так больше и меньше этого соотношения. Приведены примеры, в которых полученную смесь охлаждают на 2^оС, а также меньше и больше двух градусов. В приведенных примерах показано также влияние концентрации твердой фазы в охлаждаемом растворе на количество дополнительно вводимых в процесс промывных вод и на дополнительные затраты греющего пара. Приведенные в таблице данные показывают, что в случаях снижения соотношения охлажденного и упаренного растворов менее 30:1, увеличения переохлаждения раствора в холодильниках каустика свыше 2^оС и понижения содержания твердой фазы в охлаждаемом растворе менее 10% энергозатраты возрастают. Это объясняется уменьшением крупности кристаллов, вызывающим увеличение влажности осадка, а также обрастанием теплопередающей поверхности холодильников каустика. Все это вызывает увеличение расхода промывных вод, на упаривание которых потребляются энергозатраты. Технико-экономические преимущества предлагаемого способа получения каустической соды из электролитической щелочи по сравнению с прототипом состоят в следующем. Смешение упаренного раствора вместе с кристаллами поваренной соли и сульфата натрия с содержащим те же соли охлажденным раствором в соотношении не менее 30:1 и охлаждение полученной смеси не более, чем на 2^оС в присутствии кристаллов солей с массовой долей не менее 10% позволяют исключить отложения солей на теплообменных поверхностях холодильников каустика, повысить крупность кристаллов соли, отделяемой от охлажденного раствора. Исключение отложений солей на поверхностях теплообмена при охлаждении раствора приводит к повышению производительности оборудования за счет уменьшения непроизводительных простоев на промывку, повышает надежность оборудования, предотвращает излишнее обводнение процесса. Повышение крупности кристаллов солей, отделяемых от охлажденного раствора, приводит к снижению влажности осадка солей, вследствие чего снижается расход промывных вод на отмывку осадка от щелочи. Кроме того, повышение крупности кристаллов упрощает получение кондиционного продукционного раствора каустической соды. Благодаря применению предлагаемого способа обводнение процесса получения каустической соды снижается по сравнению с прототипом в 14 раз. При этом дополнительно вводимые в процесс промывные воды составляют: в заявленном способе не более 2% от общего количества удаляемой при выпаривании воды, в способе-прототипе количество дополнительно вводимых промывных вод повышает на 25% нагрузку выпарной установки по удаляемой воде. Соответственно возрастают и энергозатраты на выпарную установку. Использование способа получения каустической соды из электролитической щелочи позволяет сэкономить греющего пара 513 кг на 1 т 100% NaOH. Испытания предложенного способа получения каустической соды из электролитической щелочи показали, что оборудование для охлаждения каустика работало надежно в течение 15-30 сут без промывок от отложений соли. Отделенный от охлажденного раствора осадок соли имел влажность 8-10% а средний размер кристаллов соли составлял 400-450 мкм против 80 мкм в известном способе. Электролитическая щелочь ^{______________________________________} 1 2 3 4 6 7
8
Поваренная соль
5
Поваренная соль и
сульфат натрия

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ из электролитической щелочи, включающий упаривание щелочи на первой стадии до концентрации гидроксида натрия в растворе 22-30% с отделением кристаллов поваренной соли, выпаривание раствора на второй стадии с последующим охлаждением раствора и отделением кристаллов поваренной соли и сульфата натрия с получением целевого продукта и промывку осадка, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества промывных вод за счет исключения отложения солей на поверхностях теплообмена и укрепления кристаллов, на охлаждение подают упаренный раствор с второй стадии, предварительно смешанный с охлажденным раствором в массовом соотношении охлажденного раствора к упаренному не менее, чем 30:1, и охлаждают полученную смесь не более, чем на 2^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---