一种工业级元明粉制备装置和方法
技术领域
本发明涉及淡盐水回收硫酸钠作为工业级元明粉领域，尤其涉及一种工业级元明粉制备装置和方法。
背景技术
在氯碱行业上电解后淡盐水中的硫酸根必需要去除，否则会影响电解效率，早期去除淡盐水中的硫酸根主要工艺为钡法或钙盐-化学沉淀法或是膜法浓缩加冷冻工艺。
化学沉淀法投加的药剂主要是钡盐或钙盐，钡盐自身存在毒性，对环境和人都会造成很大的伤害，会导致严重的环境污染，钙盐的化学沉淀法生产中容易有硫酸钙结垢现象，堵塞管道，操作强度大，目前厂家都不再使用。
膜法浓缩加冷冻工艺是目前比较普遍采用的工艺，将硫酸钠的浓度浓缩到40-80g/L后用冷冻法将芒硝析出，但析出的芒硝带有10个结晶水，温度大于33℃，芒硝就会被自身的结晶水溶解，变成水溶液和芒硝的混合体，不好运输和储存，特别是夏天这个问题就更加突出，由于芒硝中带10个结晶水，即芒硝颗粒中含约55％的水，工业上使用起来比较受限制，所以要能将芒硝做成元明粉才能实现回用，一种做成产品的办法是通过蒸发将芒硝的结晶水去除，制成无水硫酸钠，即元明粉才可以出售。
专利CN106745093A公开了一种氯碱生产中十水芒硝脱水制元明粉的方法及所涉及的熔硝设备，这方法即通过蒸发将芒硝的结晶水去除，然而由于水的汽化热比较大，而在有高浓度的氯化钠体系中，高温加热，所采用的设备加工材料就要求更高，设备的一次投入大，能耗和运行成本很高，另外专利CN102557081A公开了一种烧碱生产过程副产芒硝的回收利用方法，这方法所用的先将冷冻芒硝加热溶解，再加入氯化钠进行盐析出元明粉，冷冻和加热过程就消耗大量能源，设备投资也高，其盐析的控制和产品的纯度和颗粒大小没有控制，批式运行，很难满足工业上连续生产的需求。
而在专利ZL201610069549.5公开了一种制备无水硫酸钠的设备和方法，ZL201711426345.3公开了一种一体化节能元明粉的回收制造方法，这是一种从盐水中低温制备无水硫酸钠-元明粉的方法，解决了以上工艺的缺点。但上述工艺中硫酸钠在加氯化钠析出运行时常出现氯化钠投加过量造成元明粉中掺混了氯化钠使产品纯度下降不能满足工业制程的需求，另外在盐析过程中氯化钠投加采用重量配比进行控制，操作误差比较大，操作过程不连续，从而会造成氯化钠加入量过大，过饱和度过大，造成系统析出大量细小的硫酸钠晶体，无法很好实现产生大颗粒元明粉，这些细小元明粉颗粒在干燥和后续使用会产生粉尘，污染环境。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种工业级元明粉制备方法，可以保证生产出高纯度和大颗粒元明粉，同时实现连续稳定运行的方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种更经济、能耗少的淡盐水脱硫酸根的方法，同时可以在常温下就可以产出大颗粒无水硫酸钠-元明粉的设备和方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种工业级元明粉制备装置，其特征在于，包括膜浓缩系统、连续流盐析结晶系统、离心机及干燥机系统，所述膜浓缩系统、连续流盐析结晶系统、离心机及干燥机系统依次连接。
进一步地，所述连续流盐析结晶系统包括洗盐混液罐、第一结晶沉降器、第一析晶罐、第二析晶罐、第二结晶沉降器、回流循环泵、第一加盐装置、第二加盐装置，所述洗盐混液罐、第一结晶沉降器、第一析晶罐、第二析晶罐、第二结晶沉降器、回流循环泵依次连接，所述第一加盐装置与所述第一析晶罐连接，所述第二加盐装置与所述第二析晶罐连接。
进一步地，所述第一结晶沉降器与所述离心机及干燥机系统连接，所述洗盐混液罐和所述膜浓缩系统连接。
进一步地，所述第一结晶沉降器包含颗粒筛选器，所述第一析晶罐和第二析晶罐包含在线电导检测设备和搅拌器，所述在线电导检测设备用于控制所述第一加盐装置和第二加盐装置。
进一步地，所述方法包括以下步骤：步骤1、硫酸钠溶液和含饱和氯化钠溶液在所述膜浓缩系统中进行高压浓缩后分成两股水，一股为含过饱和硫酸钠的浓缩液，另一股为含较低硫酸钠的膜浓缩系统产水；步骤2、所述含过饱和硫酸钠的浓缩液进入连续流盐析结晶系统盐析和回流提纯，得到大颗粒硫酸钠晶体料液；步骤3、所述大颗粒硫酸钠晶体料液进入所述离心机及干燥机系统进行干燥，得到高纯度和大颗粒的元明粉产品。
进一步地，所述步骤2还包括：步骤2.1、所述含过饱和硫酸钠的浓缩液和第二结晶沉降器产生的含大颗粒硫酸钠晶体的回流料液在所述洗盐混液罐中搅拌混合，所述含过饱和硫酸钠的浓缩液含较低的氯化钠，可以对第二结晶沉降器产生的回流料液中掺混氯化钠颗粒的大颗粒硫酸钠晶体进行清洗、溶解氯化钠颗粒，从而提高硫酸钠晶体的纯度，得到经过清洗的大颗粒硫酸钠晶体料液；步骤2.2、接着所述经过清洗的大颗粒硫酸钠晶体料液进入所述第一结晶沉降器，在所述颗粒筛选器的作用下，含大颗粒硫酸钠晶体的料液沉降进入所述离心机及干燥机系统干燥，得到高纯度和大颗粒的元明粉产品，剩余含饱和的硫酸钠和细小硫酸钠颗粒部分料液依次进入所述第一析晶罐和第二析晶罐；步骤2.3、当所述含饱和的硫酸钠和细小硫酸钠颗粒部分料液依次进入所述第一析晶罐和第二析晶罐时，通过所述第一加盐装置和第二加盐装置对所述第一析晶罐和第二析晶罐依次连续加入氯化钠固体，使其在第二析晶罐形成过饱和硫酸钠溶液并析出大颗粒硫酸钠晶体，得到固液混合物；步骤2.4、所述固液混合物进入所述第二结晶沉降器，产生的硫酸钠晶体回流料液沉降后经过回流循环泵进入洗盐混液罐，剩余部分含饱和的氯化钠上清液进入膜浓缩系统。
进一步地，步骤2.1所述含过饱和硫酸钠的浓缩液和第二结晶沉降器产生的含硫酸钠晶体的回流料液流量比例为1:2～1:5。
进一步地，步骤2.2所述经过清洗的硫酸钠晶体料液在所述第一结晶沉降器的停留时间控制在30～60分钟，使大颗粒硫酸钠晶体沉降。
进一步地，步骤2.3所述第一析晶罐和第二析晶罐依次连续加入氯化钠固体时，利用所述在线电导检测设备控制氯化钠固体缓慢加入，避免一次性加入过量氯化钠，造成过饱和度过大，产生大量的细晶，形成细小的硫酸钠晶体，最终使得析出硫酸钠晶体能全部在晶核上慢慢长大，实现所述大颗粒硫酸钠晶体的制备。
进一步地，步骤2.4所述固液混合物在所述第二结晶沉降器的停留时间控制在60～90分钟，使所有颗粒包括硫酸钠晶体和未溶解的氯化钠颗粒沉降。
本发明的技术效果如下：
1)膜浓缩系统排出的过饱和硫酸钠浓缩液在连续流盐析结晶系统中，通过盐析法并精准控制过饱和度，在常温下结晶析出大颗粒硫酸钠晶体，同时利用回流设计保证元明粉的纯度，克服了一般盐析法生产元明粉中的产品因氯化钠投加不当造成的元明粉中掺混氯化钠颗粒使纯度下降和盐析后元明粉结晶颗粒过小，工业使用时形成大量粉尘的问题，
2)此淡盐水中硫酸钠的回用的方法比目前先制芒硝后热熔、蒸发结晶或盐析制元明粉有不需要先生成芒硝的步骤，且整个工艺在常温下进行，设备投资少，能耗低，产品质量好，具备良好的经济价值。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的工业级元明粉制备装置的膜浓缩系统结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的工业级元明粉制备装置的连续流盐析结晶系统和离心机及干燥机系统结构示意；
其中：1—含硫酸钠的淡盐水原水，2—膜浓缩系统产水，3—含过饱和硫酸钠的浓缩液，4—膜浓缩系统，5—含饱和氯化钠溶液，6—洗盐混液罐，7—第一结晶沉降器，8—第一析晶罐，8-1—在线电导检测设备，8-2—搅拌器，9—第二析晶罐，9-1—在线电导检测设备，9-2—搅拌器，10—第二结晶沉降器，11—含大颗粒硫酸钠晶体的回流料液，12—离心机及干燥机系统，13-1—第一加盐装置，13-2—第二加盐装置，14-回流循环泵。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例1
如图1和2所示，工业级元明粉制备装置由膜浓缩系统4、连续流盐析结晶系统中的洗盐混液罐1、第一结晶沉降器7、第一析晶罐8、第二析晶罐9、第二结晶沉降器10、回流循环泵14依次连接，第一加盐装置13-1与第一析晶罐8连接，第二加盐装置13-2与第二析晶罐9连接，第一结晶沉降器7与所述离心机及干燥机系统12连接。第一析晶罐8包含在线电导检测设备8-1和搅拌器8-2，第二析晶罐9包含在线电导检测设备9-1和搅拌器9-2。
含硫酸钠的淡盐水原水1与含饱和氯化钠溶液5混合通过膜浓缩系统4，在高压的作用下，分成两股水，一股为膜浓缩系统产水2，另外一股为含过饱和的硫酸钠浓缩液3。
膜浓缩系统4产生的含过饱和的硫酸钠浓缩液3进入连续流盐析结晶系统的洗盐混液罐6，在水力搅拌作用下，混合第二结晶沉降器10产生的含大颗粒硫酸钠晶体的回流料液11，基于饱和与不饱和的关系，含过饱和的硫酸钠浓缩液3稀释含大颗粒硫酸钠晶体的回流料液11中掺混的氯化钠以及溶解微量氯化钠细小固体，并控制含过饱和的硫酸钠浓缩液3的流量：含大颗粒硫酸钠晶体的回流料液11的流量在1：2～1：5，避免硫酸钠晶体在洗盐混液罐6出现反溶现象，其中含过饱和的硫酸钠浓缩液3的流量为1.3L/h(氯化钠200g/L，硫酸钠170g/L)。
经过洗盐混液罐6清洗的大颗粒硫酸钠晶体料液在搅拌扰动作用下进入第一结晶沉降器7，第一结晶沉降器7罐体偏小，水流扰动波动大，大颗粒元明粉沉降于锥底，再进入离心机及干燥机系统12，得到元明粉产品含水率低于0.1％，纯度大于99％。
在水流扰动作用下，第一结晶沉降器7中含饱和的硫酸钠和细小硫酸钠颗粒部分料液第一析晶罐8，其中小颗粒硫酸钠作为晶种；第一析晶罐8内设在线电导检测设备8-1以及搅拌机8-2，第一析晶罐8电导维持在低电导，在线电导检测设备8-1连锁控制第一加盐装置13-1，基于氯化钠-硫酸钠-水三相共存体系以及析第一晶罐8内以及第一结晶沉降器7提供足够的晶体表面，伴随氯化钠投加以及机械搅拌作用，氯化钠溶解，硫酸钠晶核析出并附着在晶体表面，为避免过饱和度将以自发成核过程来消耗过饱和度，从而形成大量的细小颗粒，在线电导检测设备8-1控制第一加盐装置13-1氯化钠投加量。
第一析晶罐8内携带大量硫酸钠颗粒的混合料液进入第二析晶罐9，第二析晶罐9内设在线电导检测设备9-1以及搅拌机9-2，利用第二析晶罐9提供足够的晶体表面，在线电导检测设备9-1连锁指示第二加盐装置13-2缓慢投加氯化钠固体，硫酸钠颗粒进一步长大，第一析晶罐8和第二析晶罐9析出硫酸钠能全部成长在晶体表面上，溶液的过饱和度不会因为超过溶液的最大过饱和度而使溶质以成核过程来消除过饱和度，从而不会产生大量的晶核。
第二析晶罐9内附带大颗粒硫酸钠料液在搅拌机9-2的作用下进入第二结晶沉降器10，含大颗粒硫酸钠晶体的回流料液11沉降于锥底通过回流循环泵14泵入洗盐混液罐6，而含饱和氯化钠溶液5与含硫酸钠的淡盐水原水1混合进入膜浓缩系统4。
离心产品含水率高达5％、烘干后含水率低于0.1％，硫酸钠纯度高于99％，产品满足国家标淮GBT6009-2014中工业无水硫酸钠的I类粉一等品的要求，其产品中粒径大于0.425mm占比2.25％，粒径介于0.2mm和0.425mm之间占比74.13％，粒径介于0.154mm和0.2mm之间23.62％，通过连续流盐析法制备元明粉颗粒，颗粒粒径大且均一，和目前一般釆用蒸发工艺制备元明粉颗粒粒径相当。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
