專利名稱：氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化工領(lǐng)域，具體涉及一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法及其裝置。所述的氣、液雙相反應(yīng)指的是能生成固相結(jié)晶物的化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明所涉及的反應(yīng)裝置就是以氣、液兩相為反應(yīng)物，生成固相結(jié)晶產(chǎn)物為特定反應(yīng)類型的反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置主要應(yīng)用于諸如制堿工業(yè)等無(wú)機(jī)化工領(lǐng)域。這類反應(yīng)裝置不僅要解決氣、液兩相反應(yīng)控制的問(wèn)題， 更重要的是要解決固相生成物結(jié)晶的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)諸如純堿等化工類產(chǎn)品的研究，發(fā)現(xiàn)很多化工產(chǎn)品的結(jié)晶形態(tài)與金屬相似，具有特定的晶體結(jié)構(gòu)，這種晶體結(jié)構(gòu)是其分子結(jié)構(gòu)的宏觀體現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)條件下，經(jīng)常遇到有些化工產(chǎn)品當(dāng)采用氣、液兩相進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成結(jié)晶固相物，通過(guò)蒸發(fā)、濃縮或冷析等手段將固相生成物從溶液中分離時(shí)，總是受到固相產(chǎn)物結(jié)晶效果較差的困擾，表現(xiàn)為 固相產(chǎn)物的結(jié)晶粒度較細(xì)，造成后續(xù)處理過(guò)程的能耗、成本上升和產(chǎn)品質(zhì)量下降。產(chǎn)品結(jié)晶效果的好壞，內(nèi)在因素取決于其自身的晶體形態(tài)。譬如NaCl的晶體結(jié)構(gòu)為規(guī)整的體心結(jié)構(gòu)，晶體機(jī)械強(qiáng)度好，其晶體結(jié)構(gòu)不容易受外力擾動(dòng)而破壞，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的結(jié)晶粒度好；而NaHCO3的晶體結(jié)構(gòu)為針狀結(jié)構(gòu)，易受外力擾動(dòng)而破壞，結(jié)晶效果很差，給工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)帶來(lái)很多棘手的技術(shù)問(wèn)題。外部條件控制對(duì)結(jié)晶效果的影響也是非常關(guān)鍵的，通過(guò)采取合理的技術(shù)手段，優(yōu)化結(jié)晶環(huán)境，可以使結(jié)晶效果得到明顯改善。這些技術(shù)手段包括過(guò)飽和度控制、施放晶種、 排除或降低機(jī)械干擾、延長(zhǎng)結(jié)晶生長(zhǎng)周期等。實(shí)驗(yàn)室條件下，實(shí)現(xiàn)上述手段是不存在任何技術(shù)難題的，但是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中則不然。反應(yīng)裝置是化工行業(yè)的核心設(shè)備，不同的化學(xué)反應(yīng)類型和反應(yīng)條件，采用反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)形式也大不相同。爐、塔、管、罐以及換熱器等結(jié)構(gòu)形式都可以作為特定化學(xué)反應(yīng)工程的反應(yīng)裝置。反應(yīng)結(jié)晶裝置的技術(shù)現(xiàn)狀是對(duì)反應(yīng)過(guò)程的控制較為成熟，對(duì)結(jié)晶過(guò)程的控制缺乏有效的技術(shù)手段，具體表現(xiàn)為1、過(guò)飽和度難以控制。過(guò)飽和度是結(jié)晶產(chǎn)生與生長(zhǎng)過(guò)程的推動(dòng)力，當(dāng)過(guò)飽和度不足時(shí)，結(jié)晶生長(zhǎng)較慢，對(duì)給定的反應(yīng)結(jié)晶裝置而言，預(yù)期的結(jié)晶生長(zhǎng)周期會(huì)延長(zhǎng)，這就意味著裝置產(chǎn)能的下降或結(jié)晶粒度不合要求；但一味的增大過(guò)飽和度以致過(guò)量時(shí)，也會(huì)物極必反，因?yàn)檫^(guò)飽和度過(guò)量將導(dǎo)致大量細(xì)晶的生成，成為后續(xù)結(jié)晶析出的生長(zhǎng)中心，非但沒(méi)有起到助推結(jié)晶生長(zhǎng)的作用，反而削弱了后續(xù)的結(jié)晶動(dòng)力，因此，維持適宜而穩(wěn)定的過(guò)飽和度是結(jié)晶技術(shù)的關(guān)鍵。適宜而穩(wěn)定的過(guò)飽和度控制可以采取反應(yīng)控制、溫度控制和直接調(diào)漿控制等方法實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)控制是通過(guò)控制溶液中固相生成物的生成速率以維持過(guò)飽和度的相對(duì)穩(wěn)定；溫度控制是利用固相生成物在溶液中的溶解度隨溫度的變化以維持過(guò)飽和度的相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的反應(yīng)結(jié)晶裝置，上述兩種控制過(guò)程同時(shí)存在?；谌魏位瘜W(xué)反應(yīng)都伴隨放熱或吸熱過(guò)程，反應(yīng)速率亦受溫度變化的影響，反應(yīng)控制與溫度控制相互制約，相互影響，使得過(guò)飽和度的控制過(guò)程難以量化，從而影響了產(chǎn)品的結(jié)晶效果。而直接調(diào)漿控制在工業(yè)過(guò)程中極少應(yīng)用。2、結(jié)晶過(guò)程缺乏控制措施?？刂凭Ш藬?shù)量是控制結(jié)晶過(guò)程的最直接有效的技術(shù)手段?，F(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)下的反應(yīng)結(jié)晶裝置，晶體從溶液中析出歷經(jīng)晶核產(chǎn)生到長(zhǎng)大的發(fā)展過(guò)程。 晶核的產(chǎn)生需要比晶核生長(zhǎng)較大的過(guò)飽和度推動(dòng)，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度達(dá)到一定的過(guò)飽和度時(shí)，溶液中會(huì)瞬時(shí)出現(xiàn)大量的細(xì)小晶體，稱之為閃晶。閃晶的出現(xiàn)使溶質(zhì)的過(guò)飽和度得到迅速釋放，閃晶成為后續(xù)析出晶體的生長(zhǎng)中心——晶核。晶核的數(shù)量將決定結(jié)晶過(guò)程的晶體粒度，判斷晶核數(shù)量的多少與溶液過(guò)飽和度梯度分布密切相關(guān)，是一個(gè)相對(duì)的概念，晶核生成相對(duì)數(shù)量越多，意味著晶粒的生長(zhǎng)中心越多，將直接導(dǎo)致晶體粒度偏?。痪Ш松上鄬?duì)數(shù)量越多，意味著溶液過(guò)飽和度的梯度損失越大，后續(xù)結(jié)晶動(dòng)力受限，將導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)緩慢；而當(dāng)晶核生成數(shù)量相對(duì)不足時(shí)，溶液中存在的雜質(zhì)微粒或容器內(nèi)表面的粗糙突起都會(huì)成為晶體生長(zhǎng)的載體，造成產(chǎn)品純度降低或設(shè)備內(nèi)表面結(jié)巴等工程技術(shù)難題。上面所述的采用氣、液兩相物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成結(jié)晶固相物的最典型的例子是純堿的生產(chǎn)方法中得到了廣泛應(yīng)用的以氣、液兩相為反應(yīng)物而生成固相結(jié)晶產(chǎn)物的氨堿法、聯(lián)堿法以及天然堿碳酸化法。氨堿法和聯(lián)堿法都是用食鹽水溶液吸收氨和二氧化碳制出重堿(碳酸氫鈉)，然后通過(guò)煅燒重堿來(lái)獲得純堿(碳酸鈉)，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為氨鹽水碳酸化NaCl+NH3+C02+H20 — NaHCO3 I +NH4Cl重堿的煅燒2NaHC03 — Na2C03+C02 丨 +H2O天然堿碳酸化法是以富含碳酸鈉堿礦為原料，通過(guò)堿鹵吸收二氧化碳制出重堿 (碳酸氫鈉)，然后通過(guò)煅燒重堿來(lái)獲得純堿(碳酸鈉)，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為堿鹵碳酸化Na2C03+C02+H20 — 2NaHC03 I重堿的煅燒2NaHC03 — Na2C03+C02 丨 +H2O(詳見(jiàn)《純堿工學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年4月第二版。)眾所周知，NaHCO3晶粒的產(chǎn)生和長(zhǎng)大需要不同的過(guò)飽和度，在純堿的制造過(guò)程中， 由于受NaHCO3晶體自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造過(guò)程中各參數(shù)缺乏控制等因素的影響，導(dǎo)致生成的最終產(chǎn)品質(zhì)量低，增加了后續(xù)處理過(guò)程的成本。如，氨鹽水碳酸化過(guò)程中，NaHCO3晶粒的產(chǎn)生(或稱形核)和長(zhǎng)大過(guò)程是在同一腔室內(nèi)進(jìn)行，溶液的過(guò)飽和度難以控制，如果溫度較高，形成晶核數(shù)量較少(在這種情況下的晶粒長(zhǎng)大速度較快)，產(chǎn)品收率較低，導(dǎo)致成本增加；如果溫度較低，會(huì)增加晶核的數(shù)量，晶體生長(zhǎng)慢，導(dǎo)致制造出的純堿顆粒較細(xì)，可能或使結(jié)晶粒度不合要求，延長(zhǎng)結(jié)晶生長(zhǎng)周期，會(huì)使生產(chǎn)裝置產(chǎn)能下降。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，液相反應(yīng)物濃度降低，降低溫度有利于維持所需的適宜而穩(wěn)定的過(guò)飽和度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中氣、液兩相物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成結(jié)晶固相物時(shí)所存在的上述缺陷，提供一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，所謂“雙相反應(yīng)”指的是反應(yīng)過(guò)程中氣、液雙相分別作為連續(xù)相與分散相的相互轉(zhuǎn)換。該雙相反應(yīng)結(jié)晶方法以有
6效增強(qiáng)結(jié)晶過(guò)程的控制、改善結(jié)晶效果為宗旨，改變現(xiàn)有技術(shù)同類方法和裝置所遵循的結(jié)晶模式。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種控制結(jié)晶過(guò)程的方法，其將晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程分離開來(lái)，采取高溫取晶、低溫造晶的方式(高溫取晶是指在高溫晶漿分離器中在高溫狀態(tài)下將晶體作為半成品取出，低溫造晶是指在低溫反應(yīng)結(jié)晶器中在低溫狀態(tài)下造出晶核)，使晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程易于控制，從而提高產(chǎn)品純度并降低生產(chǎn)消耗。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，其增加高溫反應(yīng)結(jié)晶器和高溫晶漿分離器，使晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程分別在不同的容器中進(jìn)行，使晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程容易控制，提高產(chǎn)品品質(zhì)，并降低生產(chǎn)消耗。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種重堿的生產(chǎn)方法，應(yīng)用所述的氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法和氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置將晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程分離開來(lái)，采取高溫取晶、低溫造晶的方式，使晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程易于控制，從而提高產(chǎn)品品質(zhì)，并降低生產(chǎn)消耗。為此，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，將液相物料和氣相物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成固相結(jié)晶物，液相物料和氣相物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程包括在低溫反應(yīng)結(jié)晶器的反應(yīng)單元中進(jìn)行以液相反應(yīng)物為連續(xù)相、氣相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程和以氣相反應(yīng)物為連續(xù)相、液相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程組成的雙相連續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程，以進(jìn)行晶核的生成和長(zhǎng)大，然后在高溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)進(jìn)行以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的反應(yīng)過(guò)程使晶核進(jìn)一步長(zhǎng)大結(jié)晶，再經(jīng)高溫晶漿分離器得到固相結(jié)晶產(chǎn)物，整個(gè)雙相反應(yīng)結(jié)晶過(guò)程，控制溫度分布以控制結(jié)晶過(guò)程所需要的過(guò)飽和度梯度。優(yōu)選的是所述控制溫度分布是將影響結(jié)晶過(guò)程的溫度控制合理地分布在化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶裝置的不同過(guò)程單元，以維持結(jié)晶過(guò)程所需要的相對(duì)穩(wěn)定的過(guò)飽和度梯度；雙相連續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程是將反應(yīng)過(guò)程劃分為以液相反應(yīng)物為連續(xù)相、氣相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程和以氣相反應(yīng)物為連續(xù)相、液相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程相結(jié)合；晶核的生成和長(zhǎng)大采取晶核由系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)返回，控制系統(tǒng)的晶核形成和數(shù)量，采用高溫取晶、低溫造晶的結(jié)晶模式(所述的高溫取晶是指在生產(chǎn)裝置的高溫區(qū)域?qū)㈤L(zhǎng)大的晶體取出，低溫造晶是指晶核生成是在生產(chǎn)裝置的低溫區(qū)域形成晶核，該溫度一般比高溫取晶的溫度低10-30度， 不同的反應(yīng)結(jié)晶物，其要求的高溫與低溫不同)。進(jìn)一步優(yōu)選的是所述將影響結(jié)晶過(guò)程的溫度控制合理地分布在化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶裝置的不同過(guò)程單元是通過(guò)控制高溫反應(yīng)結(jié)晶器、低溫反應(yīng)結(jié)晶器兩個(gè)主過(guò)程單元以及強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔、高溫晶漿分離器、低溫晶漿分離器和冷卻系統(tǒng)四個(gè)輔助過(guò)程單元的溫度(如強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔是以反應(yīng)為主，所以不采取任何降溫移熱措施，在高溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)為控制結(jié)晶效果，降溫移熱控制較為嚴(yán)格，而在低溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)是造晶過(guò)程，所以降溫移熱可以不受控制的盡可能降低，這樣還有利于提高整個(gè)裝置的產(chǎn)品收率)，使液相物料的流向依次經(jīng)強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔、低溫晶漿分離器、高溫反應(yīng)結(jié)晶器、高溫晶漿分離器、低溫反應(yīng)結(jié)晶器，最后含晶漿的完成液再返回到低溫晶漿分離器，從強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔到高溫反應(yīng)結(jié)晶器， 溫度由低到高，從高溫反應(yīng)結(jié)晶器到低溫晶漿分離器，溫度再由高到低(溫度變化的拐點(diǎn)將出現(xiàn)在高溫反應(yīng)結(jié)晶器的上段)；使氣相物料的流向分為三路，一路進(jìn)低溫反應(yīng)結(jié)晶器， 反應(yīng)后的余氣上升經(jīng)低溫反應(yīng)結(jié)晶器上部氣相空間排出，其反應(yīng)生成物與未反應(yīng)的液相物料在低溫反應(yīng)結(jié)晶器的底部進(jìn)入氣相反應(yīng)提升段的底端；另一路進(jìn)高溫反應(yīng)結(jié)晶器，反應(yīng)后的余氣上升經(jīng)高溫反應(yīng)結(jié)晶器頂部氣相空間排出；第三路進(jìn)低溫反應(yīng)結(jié)晶器中的氣相反應(yīng)提升段底端，對(duì)進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器氣相反應(yīng)提升段的含晶漿的完成液(實(shí)為液、固兩相)進(jìn)行氣力提升，并同時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，上升進(jìn)入到低溫晶漿分離器，在低溫晶漿分離器中未反應(yīng)的過(guò)剩氣相物料與液相物料分離后，氣相物料再升到強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔，被新進(jìn)入的液相物料反應(yīng)吸收，最后的尾氣從強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔頂部排出回收。而出自高、低溫反應(yīng)結(jié)晶器的氣相物料經(jīng)冷卻系統(tǒng)回收。進(jìn)一步優(yōu)選的是以液相反應(yīng)物為連續(xù)相，氣相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程是經(jīng)強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔、高溫反應(yīng)結(jié)晶器、低溫反應(yīng)結(jié)晶器依次進(jìn)行，其水頭依次從高到低，使液相物料隨化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行自然流動(dòng)；以氣相反應(yīng)物為連續(xù)相，液相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程是在低溫反應(yīng)結(jié)晶器中的氣相反應(yīng)提升段內(nèi)進(jìn)行，用高壓氣相反應(yīng)物為動(dòng)力源將分散相的液相反應(yīng)物在氣體提升的過(guò)程中進(jìn)行反應(yīng)結(jié)晶，結(jié)晶過(guò)程是晶核的形成與長(zhǎng)大過(guò)程，并將含液、氣、固三相的混合物送回至低溫晶漿分離器。進(jìn)一步優(yōu)選的是所述高溫反應(yīng)結(jié)晶器是以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的反應(yīng)過(guò)程單元，該單元的結(jié)晶過(guò)程是以裝置內(nèi)部低溫反應(yīng)結(jié)晶器，氣相反應(yīng)提升段反應(yīng)后生成返回的晶核為生長(zhǎng)中心的長(zhǎng)大過(guò)程(低溫反應(yīng)結(jié)晶器是生成晶核的主體，氣相反應(yīng)提升段次之)，晶核形成效應(yīng)得到有效抑制，過(guò)飽和度梯度采取溫度控制(溫度場(chǎng)的控制應(yīng)依據(jù)“結(jié)晶相圖”具體確定，應(yīng)控制溫度沿著溫度_濃度結(jié)晶曲線使溶液濃度總是處于過(guò)飽和度狀態(tài)中的最佳介穩(wěn)區(qū)域內(nèi))。優(yōu)選的是所述采取晶核系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)返回，控制系統(tǒng)的晶核形成和數(shù)量，采用高溫取晶、低溫造晶的結(jié)晶模式是用高溫晶漿分離器將來(lái)自高溫反應(yīng)結(jié)晶器的反應(yīng)完成液中的晶漿與溶液進(jìn)行初步分離，分離后的溶液進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器繼續(xù)反應(yīng)和結(jié)晶過(guò)程；用低溫晶漿分離器將來(lái)自低溫反應(yīng)結(jié)晶器的反應(yīng)完成液中的晶漿與反應(yīng)氣體、溶液進(jìn)行分離， 晶漿作為高溫反應(yīng)結(jié)晶器的晶種被來(lái)自強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔的完成液攜帶進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶
ο優(yōu)選的是溫度控制采取冷凍劑直冷方式，并依靠反應(yīng)氣體的全程攜帶進(jìn)行冷凍循環(huán)。冷凍劑直冷方式的好處是可使溫度場(chǎng)的分布更為連續(xù)和穩(wěn)定，簡(jiǎn)化設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抑制返混(返混指的是流體因局部擾動(dòng)而出現(xiàn)的逆流現(xiàn)象)，避免因過(guò)飽和度極速變化而出現(xiàn)閃晶、堵塔(因大量結(jié)晶析出，粘接到過(guò)流件表面，造成液相流動(dòng)受阻的現(xiàn)象)和器壁表面結(jié)巴等現(xiàn)象。低溫反應(yīng)結(jié)晶器的設(shè)置有利于反應(yīng)為擴(kuò)散控制類型的氣相反應(yīng)物的吸收，提高液相反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；更重要的是為結(jié)晶過(guò)程提供足夠數(shù)量的新增晶核，以彌補(bǔ)系統(tǒng)因晶漿取出而造成的晶核流失，同時(shí)也可提高結(jié)晶產(chǎn)物的收率和生產(chǎn)裝置效率。強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔采用板式塔，用強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔對(duì)低溫反應(yīng)結(jié)晶器排出的未反應(yīng)氣體進(jìn)行強(qiáng)化吸收，以提高溶液中固相生成物的濃度，使其接近于飽和狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)同類方法不同，本發(fā)明方法將晶漿的取出設(shè)在高溫反應(yīng)結(jié)晶器之后， 結(jié)晶的取出溫度較高，其有益效果是一、低溫反應(yīng)結(jié)晶器的晶漿被返回到高溫反應(yīng)結(jié)晶器后，成為該單元結(jié)晶過(guò)程的晶核，使得晶粒生長(zhǎng)的基礎(chǔ)條件得到顯著改善；與此同時(shí)，足夠數(shù)量的外部晶核的提供可以抑制該單元過(guò)飽和度的進(jìn)一步擴(kuò)大，使其達(dá)不到晶核形成所必須的過(guò)飽和度條件，從而有效抑制晶核的產(chǎn)生；二、高溫結(jié)晶長(zhǎng)大過(guò)程可有效避免類似于低溫結(jié)晶過(guò)程出現(xiàn)的胞晶、混晶和共晶現(xiàn)象，結(jié)晶效果顯著改善，有利于分離過(guò)程的設(shè)備優(yōu)選、產(chǎn)品提純和降低生產(chǎn)損耗。根據(jù)以上所述氣、液兩相物質(zhì)反應(yīng)結(jié)晶方法，本發(fā)明還提供一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，該氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置包括高溫反應(yīng)結(jié)晶器3和與其連通的高溫晶漿分離器6 以及冷卻系統(tǒng)9，還包括低溫反應(yīng)結(jié)晶器7、低溫晶漿分離器2，高溫晶漿分離器與低溫反應(yīng)結(jié)晶器通過(guò)管路連接，低溫反應(yīng)結(jié)晶器的上部與低溫晶漿分離器通過(guò)管路連接，低溫晶漿分離器2的底部通過(guò)管路與高溫反應(yīng)結(jié)晶器3的上部連接，低溫反應(yīng)結(jié)晶器7內(nèi)接有一氣相反應(yīng)提升段8，低溫反應(yīng)結(jié)晶器7的底部與氣相反應(yīng)提升段8的底端連通，低溫反應(yīng)結(jié)晶器7和高溫反應(yīng)結(jié)晶器3的下部分別與原料氣體的管道連接，氣相反應(yīng)提升段8底端與原料氣體的管道連接，低溫晶漿分離器2與原料液體管道連接。優(yōu)選的是所述低溫晶漿分離器2的頂部設(shè)置有與其連通的強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1，所述的原料液體管道連接在強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1的上部。強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔吸收低溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)未反應(yīng)的氣體，使原料液體在強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔內(nèi)與未反應(yīng)的氣體進(jìn)行預(yù)反應(yīng)。優(yōu)選的是所述冷卻系統(tǒng)9包括依次連接的冷凝器13、冷凝劑分離塔11、循環(huán)壓縮機(jī)12、氣體冷卻器14、氣體儲(chǔ)罐15、增壓泵10、冷凍劑分布器4以及在所述冷卻系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)的冷凍劑，所述冷凍劑分布器4安裝在低溫反應(yīng)結(jié)晶器7和高溫反應(yīng)結(jié)晶器3內(nèi)部。冷卻系統(tǒng)9的作用是將高、低溫反應(yīng)結(jié)晶器頂部排出的尾氣進(jìn)行冷卻，分離和回收冷凝劑及原料氣體。根據(jù)以上所述，本發(fā)明所說(shuō)的雙相反應(yīng)包括兩層含義，一是指反應(yīng)物為氣、液兩相進(jìn)行反應(yīng)之意，二是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)之一即雙相指的是以液相為連續(xù)相和以氣相為連續(xù)相在同一反應(yīng)裝置同時(shí)存在的情形，相際的轉(zhuǎn)換本質(zhì)是傳質(zhì)方式的改變，與現(xiàn)有反應(yīng)工程中同一反應(yīng)只采用其中一種傳質(zhì)方式相區(qū)別。雙相反應(yīng)中氣相連續(xù)相的反應(yīng)設(shè)計(jì)，一是可以解決化學(xué)反應(yīng)控制中擴(kuò)散控制類型反應(yīng)的氣相溶解對(duì)反應(yīng)速率的制約；二是解決低溫下造出的晶體如何返回到高溫反應(yīng)結(jié)晶器的難題，用氣體提升晶體的好處是可以避免晶體在輸送過(guò)程中的破壞，用泵輸送當(dāng)然可行，但是泵對(duì)晶體的破壞較嚴(yán)重，所以本發(fā)明對(duì)含有固相結(jié)晶的液相采用以氣相為連續(xù)相的氣力輸送。本發(fā)明還具有以下有益效果本發(fā)明提供一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，在低溫反應(yīng)結(jié)晶器(溫度25-35°C )內(nèi)形成晶核，并在高溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)使其長(zhǎng)大，單獨(dú)分別控制晶核生成和長(zhǎng)大時(shí)的過(guò)飽和度， 避免出現(xiàn)胞晶、混晶和共晶現(xiàn)象，從而提高產(chǎn)品純度，降低生產(chǎn)消耗。另外，本發(fā)明提供一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，在低溫晶漿分離器和所述低溫反應(yīng)結(jié)晶器外，還增加設(shè)置高溫晶漿分離器和高溫反應(yīng)結(jié)晶器，并使所述低溫反應(yīng)結(jié)晶器與高溫晶漿分離器連通，使所述低溫晶漿分離器與所述高溫反應(yīng)結(jié)晶器連通，使晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程分別在不同的容器中進(jìn)行，從而使晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程容易控制，提高產(chǎn)品純度并降低生產(chǎn)消耗。


圖1為本發(fā)明提供的氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 一強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔，2—低溫晶漿分離器，3—高溫反應(yīng)結(jié)晶器，4一冷凍劑分布器，5—反應(yīng)氣體分布器，6—高溫晶漿分離器，7—低溫反應(yīng)結(jié)晶器，8—?dú)庀喾磻?yīng)提升段，9一循環(huán)冷卻系統(tǒng)，10—增壓泵，11一冷凍劑分離塔，12—循環(huán)壓縮機(jī)，13—冷凝器，14-氣體冷卻器，15—?dú)怏w儲(chǔ)罐
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。如圖1所示，為本發(fā)明用于純堿工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中碳酸化反應(yīng)、結(jié)晶過(guò)程的雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，所用原料為液相物質(zhì)為氨鹽水，氣相物質(zhì)為CO2，兩相反應(yīng)的過(guò)程為NaCl+NH3+C02+H20 — NaHCO3 I +NH4Cl反應(yīng)生成結(jié)晶物重堿NaHCO3。以下以聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿時(shí)結(jié)晶物重堿NaHCO3的生產(chǎn)過(guò)程為具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。該氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置包括依次通過(guò)管道連接的低溫晶漿分離器2、高溫反應(yīng)結(jié)晶器3、高溫晶漿分離器6、低溫反應(yīng)結(jié)晶器7及在低溫反應(yīng)結(jié)晶器7內(nèi)的氣相反應(yīng)提升段8以及循環(huán)冷卻系統(tǒng)9。各過(guò)程單元所用設(shè)備均可采用化工行業(yè)常用設(shè)備，循環(huán)冷卻系統(tǒng) 9采用的是制冷劑移熱。低溫晶漿分離器2的頂部設(shè)有與之連通的強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1，強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1的頂端設(shè)有回收尾氣出口、原料液體加入口 ；低溫晶漿分離器2的中部設(shè)有低溫母液排出口和與低溫反應(yīng)結(jié)晶器7的上部連通的輸入口，其底部與高溫反應(yīng)結(jié)晶器3的頂部連通；高溫反應(yīng)結(jié)晶器3設(shè)有與循環(huán)冷卻系統(tǒng)9連接的冷凍劑分布器4，底端位置設(shè)有反應(yīng)氣體分布器 5，其底端的溶液排出口與高溫晶漿分離器6中部連通；高溫晶漿分離器6底端設(shè)有固相排出口，析出的晶體從固相排出口排出氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置外，其頂端的液相排出口與低溫反應(yīng)結(jié)晶器7連通；低溫反應(yīng)結(jié)晶器7內(nèi)設(shè)有與循環(huán)冷卻系統(tǒng)9連接的冷凍劑分布器4， 其底部設(shè)有反應(yīng)氣體分部器5，反應(yīng)氣體分部器5與原料氣體輸入管連通；低溫反應(yīng)結(jié)晶器 7內(nèi)設(shè)氣相反應(yīng)提升段8，氣相反應(yīng)提升段8的最底端與原料氣體輸入管連通(低溫反應(yīng)結(jié)晶器7內(nèi)反應(yīng)生成物與未反應(yīng)的液相物料在低溫反應(yīng)結(jié)晶器的底部進(jìn)入氣相反應(yīng)提升段的底端)，氣相反應(yīng)提升段8的上端為低溫反應(yīng)結(jié)晶器7的上部，通過(guò)低溫反應(yīng)結(jié)晶器7的上部與低溫晶漿分離器2的中部連通。本實(shí)施例中，強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1為板式塔，其作用是對(duì)低溫反應(yīng)結(jié)晶器排出的未反應(yīng)氣體進(jìn)行強(qiáng)化吸收，以提高溶液中固相生成物的濃度，使其接近于飽和狀態(tài)。高溫晶漿分離器6和低溫晶漿分離器2采用旋液分離器，高溫反應(yīng)結(jié)晶器3和低溫反應(yīng)結(jié)晶器7采用內(nèi)設(shè)冷凍劑分布器4、反應(yīng)氣體分布器5的空塔結(jié)構(gòu)。循環(huán)冷卻系統(tǒng)9對(duì)高溫反應(yīng)結(jié)晶器3和低溫反應(yīng)結(jié)晶器7進(jìn)行冷卻。循環(huán)冷卻系統(tǒng)9包括增壓泵10、冷凍劑分離塔11、氣體儲(chǔ)罐15、冷凝器13、氣體冷卻器14、循環(huán)壓縮機(jī) 12。冷凍劑通過(guò)增壓泵10輸入高溫反應(yīng)結(jié)晶器3和低溫反應(yīng)結(jié)晶器7內(nèi)的冷凍劑分布器4或反應(yīng)氣體分布器5，所用分布器為常規(guī)產(chǎn)品，以對(duì)高溫反應(yīng)結(jié)晶器3和低溫反應(yīng)結(jié)晶器7內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。凍凍劑在高溫反應(yīng)結(jié)晶器3和低溫反應(yīng)結(jié)晶器7內(nèi)的上行過(guò)程中逐步汽化，與未反應(yīng)CO2氣體形成混合氣經(jīng)塔體上部排出，先經(jīng)冷凝器13回收絕大部分冷凝下來(lái)的冷凍劑，冷凝后的不凝氣體繼續(xù)經(jīng)CO2循環(huán)壓縮機(jī)12、氣體冷卻器14壓縮至氣
10體儲(chǔ)罐15分凝。分凝后的液相冷凍劑依靠自壓送至冷凍劑分離塔11。本實(shí)施例中，循環(huán)冷卻系統(tǒng)9采用水作為冷卻介質(zhì)。冷凍劑采用環(huán)戊烷。根據(jù)以上所述的氣液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，將其應(yīng)用于純堿工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中氣液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，包括氨鹽水碳酸化制取重堿的過(guò)程，氨鹽水碳酸化制取重堿的過(guò)程包括如下步驟1、預(yù)碳酸化將原料液氨鹽水吸收CO2氣體生成NaHCO3濃度接近飽和狀態(tài)；將來(lái)自氨鹽水制備車間的液相原料液氨鹽水(溫度38-42°C，在本實(shí)施例中，氨鹽水的濃度為140-160g/l)首先進(jìn)入強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1對(duì)來(lái)自低溫反應(yīng)結(jié)晶器7氣相反應(yīng)提升段8的氣相物料CO2尾氣(溫度25-35 °C，此處氣相物料CO2的量只能使部分氨鹽水轉(zhuǎn)化為NaHCO3)進(jìn)行反應(yīng)吸收，吸收后的尾氣自塔頂排出，去氣體回收工段，進(jìn)行尾氣回收； 碳酸化后的氨鹽水途經(jīng)低溫晶漿分離器2攜帶低溫晶漿后進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器3的頂部。 氨鹽水經(jīng)過(guò)強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1的預(yù)碳酸化，NaHCO3的濃度已接近于飽和狀態(tài)(此處的溫度 60-65°C)，為其結(jié)晶過(guò)程作好準(zhǔn)備。低溫晶漿分離器2分離的低溫母液排出(低溫母液去向在氨堿法里是去蒸氨工段，對(duì)聯(lián)堿法里是去吸氨工段)。強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1為板式塔結(jié)構(gòu)，塔盤優(yōu)選采用VST垂直篩板。預(yù)碳酸化過(guò)程中的反應(yīng)是以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)后的液相中仍有相當(dāng)部分氨鹽水未轉(zhuǎn)化為NaHCO3。2、低溫晶漿分離，產(chǎn)生晶核由低溫反應(yīng)結(jié)晶器7和氣相反應(yīng)提升段8而來(lái)的氣、液、固三相混合物(溫度 25-35°C )進(jìn)入低溫晶漿分離器2進(jìn)行三相分離，分離后的CO2氣體進(jìn)入強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1 強(qiáng)化吸收，分離后的低溫母液排出碳酸化反應(yīng)系統(tǒng)(進(jìn)入后續(xù)工段)，分離出的晶漿經(jīng)強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1而來(lái)的碳酸化氨鹽水洗滌，作為晶核進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器3?？刂频蜏鼐{分離器2處的溫度為25-35°C，使氨鹽水中NaHCO3的濃度處于飽和狀態(tài)。3、高溫反應(yīng)、結(jié)晶完成預(yù)碳酸化的氨鹽水(溫度60_65°C )于高溫反應(yīng)結(jié)晶器3內(nèi)與來(lái)自氣體儲(chǔ)罐 15及壓縮工段的氣相反應(yīng)物原料氣體CO2氣體由反應(yīng)氣體分布器5進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器3 內(nèi)與液相進(jìn)行逆向接觸反應(yīng)，繼續(xù)碳酸化過(guò)程。隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，氨鹽水中NaHCO3的濃度已處于過(guò)飽和狀態(tài)，NaHCO3晶體開始析出，隨預(yù)碳酸化氨鹽水進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器3上部的低溫晶漿，首先經(jīng)預(yù)碳酸化氨鹽水的洗滌，除去以單晶或共晶狀體存在的NH4HCO3晶粒， 而只留下NaHCO3的結(jié)晶顆粒成為高溫結(jié)晶過(guò)程的晶核，析出的晶體將依此晶核為生長(zhǎng)中心或載體長(zhǎng)大，并能有效地抑制其形成新的晶核。因高溫結(jié)晶過(guò)程是在已有晶核為生長(zhǎng)中心的條件下進(jìn)行的，晶粒的長(zhǎng)大效應(yīng)非常明顯。更重要的是外部晶核的提供，基本抑制了現(xiàn)有技術(shù)碳酸化反應(yīng)裝置在高溫反應(yīng)區(qū)難以避免的、也是必不可少的晶核的產(chǎn)生過(guò)程，這是因?yàn)榫Ш水a(chǎn)生所需要的過(guò)飽和度梯度差要比其生長(zhǎng)階段大，NaHCO3晶粒的生長(zhǎng)不斷消耗溶液的過(guò)飽和度，抑制其梯度差的進(jìn)一步擴(kuò)大。晶核返回措施抑制了晶核的產(chǎn)生過(guò)程，既可避免過(guò)飽和度的損耗，又可避免細(xì)晶的析出。在高溫反應(yīng)結(jié)晶器3中的反應(yīng)仍然是以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)后的液相中仍有部分氨鹽水未轉(zhuǎn)化為NaHC03。控制高溫反應(yīng)結(jié)晶器3上部和中部的溫度為50-60°C，底部的溫度控制為40-45°C，使氨鹽水中 NaHCO3的濃度處于過(guò)飽和狀態(tài)。
4、高溫晶漿分離完成高溫反應(yīng)與結(jié)晶過(guò)程的碳酸化氨鹽水從高溫反應(yīng)結(jié)晶器3的底部(將溫度控制為40-45°C )取出，自壓到高溫晶漿分離器6進(jìn)行液、固兩相分離，分離出的固相——高溫晶漿經(jīng)后續(xù)機(jī)械分離，形成重堿半成品；分離出的液相——高溫母液(溫度40-45°C )進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器7。需要指出高溫晶漿分離過(guò)程只是液、固兩相的初步分離。由于控制的取出晶體的溫度較高，溶液中NH4HCO3的濃度未出現(xiàn)飽和，所以高溫晶漿中不含有NH4HCO3 的單晶或共晶晶體，NaHCO3取出的純度很高，粒度顯著改善。圖1中高溫母液返回指的是從高溫晶漿分離器6最底端取出的高溫晶漿經(jīng)機(jī)械分離設(shè)備分離形成的母液再返回到低溫反應(yīng)結(jié)晶器7。返回來(lái)的高溫母液與從高溫晶漿分離器頂部(該頂部的母液是高溫晶漿分離器因采用旋液分離器，旋液分離過(guò)程使進(jìn)入高溫晶漿分離器6內(nèi)的溶液產(chǎn)生固態(tài)物旋流向下，液體旋流向上運(yùn)動(dòng)，形成上部的母液)排出的母液基本等溫，可以一起返回到低溫反應(yīng)結(jié)晶器，返回的目的是為提高系統(tǒng)收率。5、低溫反應(yīng)、結(jié)晶，低溫造晶來(lái)自高溫晶漿分離器6的高溫母液(溫度40-45°C )進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器7與來(lái)自氣體儲(chǔ)罐15及壓縮工段的氣相原料CO2氣體由反應(yīng)氣體分布器5進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器7 進(jìn)行逆向接觸反應(yīng)，繼續(xù)碳酸化過(guò)程，此過(guò)程仍為液相連續(xù)的反應(yīng)過(guò)程。伴隨著溫度控制的進(jìn)一步降低，CO2氣體低溫下的吸收效率明顯提高，而結(jié)晶過(guò)程則出現(xiàn)了大量的細(xì)晶，晶體質(zhì)量下降。相圖分析這一方面是因?yàn)镹aHCO3結(jié)晶區(qū)的擴(kuò)大，另一方面是NH4HCO3也進(jìn)入結(jié)晶區(qū)，并且二者的結(jié)晶區(qū)域部分重疊，出現(xiàn)共析現(xiàn)象。采取降溫(控制塔底溫度25-35°C ) 使液相處于穩(wěn)定地過(guò)飽和狀態(tài)，析晶，低溫造出晶核。6、晶核系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)返回低溫反應(yīng)、結(jié)晶完成液相連續(xù)的反應(yīng)過(guò)程后，含有大量結(jié)晶體的碳酸化氨鹽水 (溫度25-35°C )與來(lái)自壓縮工段的高壓(0. 3-0. 4Mpa)原料氣體CO2氣體混合，原料氣體 CO2氣體在低溫反應(yīng)結(jié)晶器7的底端進(jìn)入氣相反應(yīng)提升段8內(nèi)(氣相溫度25-35°C )，氣相反應(yīng)提升段8內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程是以CO2氣體為連續(xù)相，碳酸化氨鹽水為分散相進(jìn)行的，氣相連續(xù)的反應(yīng)特點(diǎn)是反應(yīng)液體成為分散相，氣、液兩相界面顯著增加，氣相分壓提高，有利于克服擴(kuò)散控制對(duì)碳酸化反應(yīng)過(guò)程的制約，反應(yīng)物CO2氣體顯著過(guò)量，推動(dòng)碳酸化的反應(yīng)強(qiáng)度； 有利于提高NaCl的轉(zhuǎn)化率。氣相反應(yīng)提升段8的另一重要功能是完成低溫晶漿的返回輸送過(guò)程，進(jìn)入低溫晶漿分離器2，采取這種輸送方式可以避免因采用流體機(jī)械輸送(如泵輸送)對(duì)晶體的破壞，為高溫反應(yīng)結(jié)晶器3輸入所需的系統(tǒng)內(nèi)晶核。氣、液、固三相混合物(溫度25-35°C)在低溫晶漿分離器2三相分離。未反應(yīng)的碳酸化銨鹽水形成低溫母液排出并去吸氨工段，未反應(yīng)的原料CO2氣體進(jìn)入強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔1，分離出的固體晶漿被從強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔而來(lái)的銨鹽水洗滌后進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器。7、還包括對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的溫度進(jìn)行控制的循環(huán)冷卻因碳酸化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，與現(xiàn)有技術(shù)碳酸化塔循環(huán)水間接冷卻方式不同，本發(fā)明碳酸化反應(yīng)裝置反應(yīng)熱的移出采用冷凍劑直冷方式，采用的冷凍劑可以是環(huán)戊烷、環(huán)己烷或甲基環(huán)戊烷等，冷凍循環(huán)依靠反應(yīng)CO2氣體的全程攜帶。循環(huán)冷卻系統(tǒng)9的流程是來(lái)自冷凍劑分離塔11的冷凍劑經(jīng)增壓泵10增壓送至設(shè)于高、低溫反應(yīng)結(jié)晶器3、7內(nèi)的冷凍劑分布器4或反應(yīng)氣體分布器5進(jìn)行霧化分布，冷凍劑于塔內(nèi)上行過(guò)程中逐步汽化，從而依
12靠汽化熱將熱能移出。冷凍劑氣化后與未反應(yīng)CO2氣體形成混合氣，并經(jīng)塔體上部排出，之后，先經(jīng)冷凝器13回收絕大部分冷凝下來(lái)的冷凍劑，冷凝后的不凝氣體繼續(xù)經(jīng)CO2循環(huán)壓縮機(jī)12、氣體冷卻器14壓縮至氣體儲(chǔ)罐15分離。分離后的液相冷凍劑依靠自壓送至冷凍劑分離塔11。冷凍劑的使用量根據(jù)系統(tǒng)需要移出的總熱量來(lái)確定，并由此控制各步驟中各單元設(shè)備中的溫度。循環(huán)冷卻系統(tǒng)9中冷凝器13和氣體冷卻器14采用的冷卻介質(zhì)為循環(huán)涼水，循環(huán)涼水分別經(jīng)由冷凝器13和氣體冷卻器14，對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。冷凝器13和氣體冷卻器 14均采用管殼式換熱設(shè)備。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)入系統(tǒng)生產(chǎn)裝置的液相反應(yīng)物原料液氨鹽水與氣相反應(yīng)物原料CO2氣體的量按重量比以NaCl+NH3+C02+H20 — NaHCO3 I +NH4Cl各反應(yīng)物的量比關(guān)系，使氣相反應(yīng)物原料CO2氣體過(guò)量循環(huán)，以提高液相反應(yīng)物原料液氨鹽水的轉(zhuǎn)化率即收率。因裝置系統(tǒng)原料CO2氣體是回收循環(huán)使用的，因此雖然是過(guò)量循環(huán)使用，但消耗沒(méi)有增大。本發(fā)明的實(shí)施例純堿生產(chǎn)中氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法由于在低溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)形成晶核，在高溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)使其長(zhǎng)大，單獨(dú)控制晶核生成和長(zhǎng)大時(shí)的過(guò)飽和度，避免出現(xiàn)胞晶、混晶和共晶現(xiàn)象，高溫結(jié)晶后碳酸氫銨的結(jié)晶被抑制，使得碳酸氫鈉的純度提高 4_5%，從而提高產(chǎn)品純度，由于結(jié)晶好，分離后的游離水份少，煅燒能耗減小，使碳酸氫銨分解能耗減小，降低生產(chǎn)消耗(降物耗點(diǎn)還在于晶粒增大，洗水減少，跑晶、漏晶現(xiàn)象有效改善，洗水減少，更重要的意義是解決了生產(chǎn)系統(tǒng)母液膨脹的積弊)。本發(fā)明中的結(jié)晶方法和結(jié)晶裝置還可用于碳酸鈉制取小蘇打的的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程: Na2C03+C02+H20 = 2NaHC03。其結(jié)晶方法和結(jié)晶裝置與上實(shí)施例所述基本相同，不再詳述。
權(quán)利要求
1.一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，將液相物料和氣相物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成固相結(jié)晶物，其特征在于液相物料和氣相物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程包括在低溫反應(yīng)結(jié)晶器中進(jìn)行以液相反應(yīng)物為連續(xù)相、氣相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程和以氣相反應(yīng)物為連續(xù)相、液相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程組成的雙相連續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程，以進(jìn)行晶核的生成和長(zhǎng)大，然后在高溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)進(jìn)行以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的反應(yīng)過(guò)程使晶核進(jìn)一步長(zhǎng)大結(jié)晶，再經(jīng)高溫晶漿分離器得到固相結(jié)晶產(chǎn)物，整個(gè)雙相反應(yīng)結(jié)晶過(guò)程，通過(guò)控制溫度分布以控制結(jié)晶過(guò)程所需要的過(guò)飽和度梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，其特征在于所述控制溫度分布是將影響結(jié)晶過(guò)程的溫度控制合理地分布在化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶裝置的不同過(guò)程單元，以維持結(jié)晶過(guò)程所需要的相對(duì)穩(wěn)定的過(guò)飽和度梯度；雙相連續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程是將反應(yīng)過(guò)程劃分為以液相反應(yīng)物為連續(xù)相、氣相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程和以氣相反應(yīng)物為連續(xù)相、液相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程相結(jié)合；晶核的生成和長(zhǎng)大采取晶核由系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)返回，控制系統(tǒng)的晶核形成和數(shù)量，采用高溫取晶、低溫造晶的結(jié)晶模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，其特征在于所述將影響結(jié)晶過(guò)程的溫度控制合理地分布在化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶裝置的不同過(guò)程單元是通過(guò)控制高溫反應(yīng)結(jié)晶器、低溫反應(yīng)結(jié)晶器兩個(gè)主過(guò)程單元以及強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔、高溫晶漿分離器、低溫晶漿分離器和冷卻系統(tǒng)四個(gè)輔助過(guò)程單元的溫度，使液相物料的流向依次經(jīng)強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔、低溫晶漿分離器、高溫反應(yīng)結(jié)晶器、高溫晶漿分離器、低溫反應(yīng)結(jié)晶器，最后含晶漿的完成液再返回到低溫晶漿分離器，從強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔到高溫反應(yīng)結(jié)晶器，溫度由低到高，從高溫反應(yīng)結(jié)晶器到低溫晶漿分離器，溫度再由高到低；使氣相物料的流向分為三路，一路進(jìn)低溫反應(yīng)結(jié)晶器，反應(yīng)后的余氣上升經(jīng)低溫反應(yīng)結(jié)晶器上部氣相空間排出，其反應(yīng)生成物與未反應(yīng)的液相物料在低溫反應(yīng)結(jié)晶器的底部進(jìn)入氣相反應(yīng)提升段的底端；另一路進(jìn)高溫反應(yīng)結(jié)晶器， 反應(yīng)后的余氣上升經(jīng)高溫反應(yīng)結(jié)晶器頂部氣相空間排出；第三路進(jìn)低溫反應(yīng)結(jié)晶器中的氣相反應(yīng)提升段底端，對(duì)進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器氣相反應(yīng)提升段的含晶漿的完成液進(jìn)行氣力提升，并同時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，上升進(jìn)入到低溫晶漿分離器，在低溫晶漿分離器中未反應(yīng)的過(guò)剩氣相物料與液相物料分離后，氣相物料再升到強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔，被新進(jìn)入的液相物料反應(yīng)吸收。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，其特征是以液相反應(yīng)物為連續(xù)相，氣相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程是經(jīng)強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔、高溫反應(yīng)結(jié)晶器、低溫反應(yīng)結(jié)晶器依次進(jìn)行，其水頭依次從高到低，使液相物料隨化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行自然流動(dòng)；以氣相反應(yīng)物為連續(xù)相，液相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程是在低溫反應(yīng)結(jié)晶器中的氣相反應(yīng)提升段內(nèi)進(jìn)行， 用高壓氣相反應(yīng)物為動(dòng)力源將分散相的液相反應(yīng)物在氣體提升的過(guò)程中進(jìn)行反應(yīng)結(jié)晶，結(jié)晶過(guò)程是晶核的形成與長(zhǎng)大過(guò)程，并將含液、氣、固三相的混合物送回至低溫晶漿分離器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，其特征在于所述高溫反應(yīng)結(jié)晶器是以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的反應(yīng)過(guò)程單元，該單元的結(jié)晶過(guò)程是以裝置內(nèi)部低溫反應(yīng)結(jié)晶器、氣相反應(yīng)提升段反應(yīng)后生成返回的晶核為生長(zhǎng)中心的長(zhǎng)大過(guò)程，晶核形成效應(yīng)得到有效抑制，過(guò)飽和度梯度采取溫度控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，其特征在于所述采取晶核系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)返回，控制系統(tǒng)的晶核形成和數(shù)量，采用高溫取晶、低溫造晶的結(jié)晶模式是用高溫晶漿分離器將來(lái)自高溫反應(yīng)結(jié)晶器的反應(yīng)完成液中的晶漿與溶液進(jìn)行初步分離，分離后的溶液進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器繼續(xù)反應(yīng)和結(jié)晶過(guò)程；用低溫晶漿分離器將來(lái)自低溫反應(yīng)結(jié)晶器的反應(yīng)完成液中的晶漿與反應(yīng)氣體、溶液進(jìn)行分離，晶漿作為高溫反應(yīng)結(jié)晶器的晶種被來(lái)自強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔的完成液攜帶進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，其特征在于溫度控制采取冷凍劑直冷方式，并依靠反應(yīng)氣體的全程攜帶進(jìn)行冷凍循環(huán)。
8.一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，包括高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)和與其連通的高溫晶漿分離器(6)以及冷卻系統(tǒng)(9)，其特征在于還包括低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)、低溫晶漿分離器(2)， 高溫晶漿分離器與低溫反應(yīng)結(jié)晶器通過(guò)管路連接，低溫反應(yīng)結(jié)晶器的上部與低溫晶漿分離器通過(guò)管路連接，低溫晶漿分離器(2)的底部通過(guò)管路與高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)的上部連接， 低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)內(nèi)接有一氣相反應(yīng)提升段(8)，低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)的底部與氣相反應(yīng)提升段(8)的底端連通，低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)和高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)的下部分別與原料氣體的管道連接，氣相反應(yīng)提升段(8)底端與原料氣體的管道連接，低溫晶漿分離器(2)與原料液體管道連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，其特征在于在所述低溫晶漿分離器 (2)的頂部設(shè)置有與其連通的強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔(1)，所述的原料液體管道連接在強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔(1)的上部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置，其特征在于所述冷卻系統(tǒng)(9) 包括依次連接的冷凝器(13)、冷凝劑分離塔(11)、循環(huán)壓縮機(jī)(12)、氣體冷卻器(14)、氣體儲(chǔ)罐(15)、增壓泵(10)、冷凍劑分布器(4)以及在所述冷卻系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)的冷凍劑，所述冷凍劑分布器(4)安裝在低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)和高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)內(nèi)部。
11.應(yīng)用權(quán)利要求8-10之一所述的氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置生產(chǎn)重堿的方法，包括氨鹽水碳酸化過(guò)程，包括如下步驟(1)預(yù)碳酸化將原料液氨鹽水進(jìn)入強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔(1)對(duì)來(lái)自低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7) 氣相反應(yīng)提升段(8)的CO2尾氣進(jìn)行反應(yīng)吸收，生成的NaHCO3濃度接近飽和狀態(tài)；(2)低溫晶漿分離，產(chǎn)生晶核經(jīng)低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)和氣相反應(yīng)提升段(8)而來(lái)的氣、液、固三相混合物進(jìn)入低溫晶漿分離器(2)進(jìn)行三相分離，分離出的晶漿經(jīng)強(qiáng)化反應(yīng)吸收塔(1)而來(lái)的氨鹽水洗滌，進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)；(3)高溫反應(yīng)、結(jié)晶將完成預(yù)碳酸化的氨鹽水于高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)內(nèi)與來(lái)自氣體儲(chǔ)罐(15)及壓縮工段的CO2氣體進(jìn)行逆向接觸反應(yīng)，繼續(xù)碳酸化過(guò)程，此反應(yīng)過(guò)程為液相反應(yīng)物為連續(xù)相，氣相反應(yīng)物為分散相的連續(xù)反應(yīng)過(guò)程，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，氨鹽水中 NaHCO3的濃度已處于過(guò)飽和狀態(tài)，NaHCO3晶體開始析出，隨預(yù)碳酸化氨鹽水進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)上部的低溫晶漿，首先經(jīng)預(yù)碳酸化氨鹽水的洗滌，除去以單晶或共晶狀態(tài)存在的MMHCO3晶粒，而只留下NaHCO3的結(jié)晶顆粒成為高溫結(jié)晶過(guò)程的晶核，析出的晶體將依此晶核為生長(zhǎng)中心或載體長(zhǎng)大。(4)高溫晶漿分離，高溫取晶將完成高溫反應(yīng)與結(jié)晶過(guò)程的碳酸化氨鹽水從高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)的底部取出，自壓到高溫晶漿分離器(6)進(jìn)行液、固兩相分離，分離出的固相——高溫晶漿經(jīng)后續(xù)機(jī)械分離，形成重堿半成品，經(jīng)后續(xù)加工得成品；分離出的液相—— 高溫母液進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)；(5)低溫反應(yīng)、結(jié)晶，低溫造晶來(lái)自高溫晶漿分離器(6)的高溫母液進(jìn)入低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)與來(lái)自氣體儲(chǔ)罐(15)及壓縮工段的氣相原料CO2氣體進(jìn)行逆向接觸反應(yīng)，繼續(xù)碳酸化過(guò)程，此過(guò)程仍為液相反應(yīng)物為連續(xù)相，氣相反應(yīng)物為分散相的連續(xù)的反應(yīng)過(guò)程，采取降溫使液相處于穩(wěn)定地過(guò)飽和狀態(tài)，析晶，低溫造出晶核；(6)晶核系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)返回低溫反應(yīng)、結(jié)晶完成液相連續(xù)的反應(yīng)過(guò)程后，含有大量結(jié)晶體的氨鹽水與來(lái)自壓縮工段的高壓CO2氣體混合，并由低溫反應(yīng)結(jié)晶器(7)的底部進(jìn)入氣相反應(yīng)提升段(8)，氣相反應(yīng)提升段(8)內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程是以氣體為連續(xù)相，液體成為分散相進(jìn)行反應(yīng)，氣、液兩相界面顯著增加，氣相分壓提高，反應(yīng)物CO2氣體顯著過(guò)量，推動(dòng)碳酸化的反應(yīng)強(qiáng)度；氣相反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)依靠高壓氣體的輸送將低溫晶漿返回至低溫晶漿分離器 (2)，分離出的晶漿作為高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)所需的系統(tǒng)內(nèi)晶核。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生產(chǎn)重堿的方法，其特征在于還包括對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的溫度進(jìn)行控制的循環(huán)冷卻反應(yīng)熱的移出采用冷凍劑直冷方式，冷凍循環(huán)依靠反應(yīng)CO2氣體的全程攜帶，循環(huán)冷卻系統(tǒng)(9)的流程是將來(lái)自冷凍劑分離塔(11)的冷凍劑經(jīng)增壓泵(10)送至設(shè)于高、低溫反應(yīng)結(jié)晶器(3、7)內(nèi)的冷凍劑分布器(4)或反應(yīng)氣體分布器(5)進(jìn)行霧化分布，使冷凍劑于塔內(nèi)上行過(guò)程中逐步汽化，從而依靠汽化熱將熱能移出，冷凍劑氣化后與未反應(yīng)CO2氣體形成混合氣經(jīng)塔體上部排出，先經(jīng)冷凝器(13)回收絕大部分冷凝下來(lái)的冷凍劑，冷凝后的不凝氣體繼續(xù)經(jīng)CO2循環(huán)壓縮機(jī)(12)、氣體冷卻器(14)壓縮至氣體儲(chǔ)罐(15) 分離，分離后的液相冷凍劑依靠自壓送至冷凍劑分離塔(11)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生產(chǎn)重堿的方法，其特征在于步驟(1)預(yù)碳酸化的氨鹽水經(jīng)低溫晶漿分離器(2)攜帶低溫晶漿后進(jìn)入高溫反應(yīng)結(jié)晶器(3)的頂部，NaHCO3的濃度已接近于飽和狀態(tài)，為其結(jié)晶過(guò)程作好準(zhǔn)備。
全文摘要
一種氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶方法，將液相物料和氣相物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成固相結(jié)晶物，液相物料和氣相物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程包括在低溫反應(yīng)結(jié)晶器中進(jìn)行以液相反應(yīng)物為連續(xù)相，氣相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程和以氣相反應(yīng)物為連續(xù)相，液相反應(yīng)物為分散相的反應(yīng)過(guò)程組成的雙相連續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)晶核的生成和長(zhǎng)大，然后在高溫反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)進(jìn)行以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的反應(yīng)過(guò)程使晶核進(jìn)一步長(zhǎng)大結(jié)晶，再經(jīng)高溫晶漿分離器得到固相結(jié)晶產(chǎn)物。采取晶核系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)返回，控制系統(tǒng)的晶核形成和數(shù)量，采用高溫取晶、低溫造晶的結(jié)晶模式。本發(fā)明提供的氣、液雙相反應(yīng)結(jié)晶裝置使晶核的生成和長(zhǎng)大過(guò)程分別在不同的容器中進(jìn)行。
文檔編號(hào)C01D7/24GK102188940SQ20101017570
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者武奮超 申請(qǐng)人:武奮超