过碳酸钠湿法生产过程中的相平衡研究

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过碳酸钠(Na2CO3·1.5H2O2)的生产有干法工艺和湿法工艺两种。湿法工艺主要包括低温结晶法、溶剂法(醇析法)、盐析法和改良湿法等几种方法,其中溶剂法和盐析法是目前工业上生产过碳酸钠的主要方法。溶剂法和盐析法是在Na2CO3-H2O2-H2O三元体系中加入乙醇、氯化钠和硫酸钠等物质,降低过碳酸钠产品在体系中的溶解度。溶剂法和盐析法生产Na2CO3·1.5H2O2的理论基础分别是Na2CO3 -C2H5OH-H2O2-H2O、Na2CO3-NaCl-H2O2-H2O和Na2CO3-Na2SO4-H2O2-H2O四元体系相平衡,目前尚未见文献报道。因此测定Na2CO3-NaCl-H2O2-H2O、Na2CO3-Na2SO4-H2O2-H2O和Na2CO3 -C2H5OH-H2O2-H2O四元体系的相互溶解度,绘制相应体系的四元体系相图,研究盐析剂和醇析剂的加入量对Na2CO3·1.5H2O2产率的影响,具有重要的现实意义和理论价值。本文采用Schreinemaker湿渣法,测定了293.1 K下Na2CO3-NaCl-H2O2-H2O、Na2CO3-Na2SO4-H2O2-H2O和Na2CO3-C2H5OH-H2O2-H2O三个四元体系的相互溶解度,绘制出了相应体系的四元体系相图,并对各个相图进行计算分析。1. 293.1 K下Na2CO3-NaCl-H2O2-H2O四元体系相图包含四个结晶区域:Na2CO3·10H2O的结晶区域、NaCl的结晶区域、Na2CO3·1.5H2O2·H2O的结晶区域和Na2CO3·2H2O2·H2O的结晶区域;五条共饱和曲线: Na2CO3·10H2O与Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和曲线、Na2CO3·10H2O与NaCl的共饱和曲线、NaCl与Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和曲线、Na2CO3·2H2O2·H2O与NaCl的共饱和曲线和Na2CO3·1.5H2O2·H2O与Na2CO3·2H2O2·H2O的共饱和曲线。两个无变量点:Na2CO3·10H2O、NaCl和Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和点, NaCl、Na2CO3·1.5H2O2·H2O和Na2CO3·2H2O2·H2O的共饱和点。Na2CO3·1.5H2O2·H2O的溶解度随着液相中NaCl浓度的增加不断减小,Na2CO3·1.5H2O2·H2O的产率先增大而后减小。当双氧水的用量1 kg、浓度为30%时,碳酸钠的最佳理论投料量是0.62~0.64 kg,氯化钠的最佳理论投料量是0.2 kg,最佳理论投料质量比是m (Na2CO3): m (NaCl)=3.2~3.0:1。2. 293.1 K下Na2CO3-Na2SO4-H2O2-H2O四元体系相图包含四个结晶区域:Na2CO3·10H2O的结晶区域、Na2SO4·10H2O的结晶区域、Na2CO3·1.5H2O2·H2O的结晶区域和Na2SO4·0.5H2O2·H2O的结晶区域。六条共饱和曲线:Na2CO3·10H2O与Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和曲线、Na2CO3·10H2O与Na2SO4·10H2O的共饱和曲线、Na2SO4·10H2O与Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和曲线、Na2SO4·0.5H2O2·H2O与Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和曲线、Na2SO4·10H2O与Na2SO4·0.5H2O2·H2O的共饱和曲线和Na2CO3·1.5H2O2·H2O与Na2CO3·2H2O2·H2O的共饱和曲线。三个无变量点Na2CO3·10H2O、Na2SO4·10H2O和Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和点;Na2SO4·10H2O、Na2CO3·1.5H2O2·H2O和Na2SO4·0.5H2O2·H2O的共饱和点以及Na2CO3·1.5H2O2·H2O, Na2SO4·0.5H2O2·H2O和Na2CO3·2H2O2·H2O的共饱和点。Na2CO3·1.5H2O2·H2O的溶解度随着液相中Na2SO4浓度的增加不断减小。当双氧水的用量1 kg,浓度为30%时,碳酸钠的最佳理论投料量是0.55~0.63 kg,硫酸钠的最佳理论投料量是0.17 kg,最佳理论投料质量比是m (Na2CO3): m (Na2SO4)=3.2~3.7:1。3. 293.1 K下Na2CO3-C2H5OH-H2O2-H2O四元体系相图包含三个结晶区域Na2CO3·10H2O的结晶区域、Na2CO3·1.5H2O2·H2O的结晶区域和Na2CO3·2H2O2·H2O的结晶区域。两条共饱和曲线: Na2CO3·10H2O与Na2CO3·1.5H2O2·H2O的共饱和曲线和Na2CO3·1.5H2O2·H2O与Na2CO3·2H2O2·H2O的共饱和曲线。一个无变量点: Na2CO3·10H2O、Na2CO3·1.5H2O2·H2O和Na2CO3·2H2O2·H2O的共饱和点。Na2CO3·1.5H2O2·H2O的溶解度随着液相中C2H5OH浓度的增加不断减小。当双氧水的用量1 kg,浓度为30%时,碳酸钠的最佳理论投料量是0.63~0.65 kg,乙醇的最佳理论投料量是0.99~1.00 kg,最佳理论投料质量比是m (Na2CO3): m (C2H5OH)=2.52~5.19:1。本文的完成,可为盐析法和醇析法生产Na2CO3·1.5H2O2工艺条件的优化及过程设计提供重要的理论依据。
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