一种结晶设备及用该设备连续制备大颗粒大苏打的方法

本发明属于结晶，涉及结晶设备(装置)及用结晶设备制备大颗粒大苏打(硫代硫酸钠)的方法。

背景技术：

1、大苏打的化学名为硫代硫酸钠，是一种使用广泛的无机盐。在皮革行业，大苏打可以用于鞣制皮革从而使皮革获得更加优秀的性能；在养殖行业，大苏打可以用于鱼塘的消毒从而减少养殖的死亡率；在医药行业，大苏打可以作为药物用于治疗皮肤搔痒症、荨麻疹、药疹、氰化物、铊中毒和砷中毒等。

2、大苏打通常使用冷却结晶来进行生产。常用的结晶器主要为dtb结晶器(导流筒加挡板结晶器)和oslo结晶器(奥斯陆型结晶器)。dtb结晶器将搅拌桨设置在圆筒形导流筒内，以较低的转速推动液体上升以实现结晶器的内部循环。这种结晶器不具备粒度分级功能，大小晶体及搅拌桨在一起碰撞，过多二次成核导致晶体无法长大，且导流筒与壳体的连接处易结垢，壳体的w型底部需要繁琐的切削工艺。oslo结晶器外循环泵抽离物料，依靠大流量传输实现物料循环。这种结晶器可以实现粒度分级，同时避免了搅拌桨打碎晶体。然而，当晶体产量较大时，仅靠循环泵无法实现悬浮，这限制了oslo结晶器的运用。同时，oslo结晶器使用过程中容易因管道结垢而导致堵塞，而大苏打的冷却结晶介稳区较窄，这意味着大苏打溶液更容易在降温过程中析出晶体导致管道堵塞。

3、现有技术制备的大苏打通常颗粒较小，例如专利申请cn 104609377a所述方法采用oslo连续结晶器制备的大苏打粒径仅为2mm～3mm。大苏打的熔点为48℃，这意味着它只能在低温下缓慢烘干。细小的晶体会夹带较多母液，缓慢烘干的过程极易形成晶桥，从而导致产品结块，这会显著影响产品质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结晶设备及用该设备连续制备大颗粒大苏打的方法，以便制备出粒度均匀的大颗粒大苏打，并使结晶设备加工更为简便，维修拆卸与组装更为方便，运行过程中可降低能耗，避免导流筒与壳体连接处结垢，避免换热器及管路因晶体析出而造成堵塞。

2、本发明所述结晶设备，包括壳体、搅拌器模块和驱动搅拌器模块转动的驱动装置；

3、所述壳体从上至下依次由上封头、第一圆筒段、圆锥筒段、第二圆筒段和下封头构成，第一圆筒段、圆锥筒段、第二圆筒段为一体化结构，外壁设置有保温层，上封头与第一圆筒段为可拆卸连接，下封头与二圆筒段固连或为可拆卸连接；第一圆筒段的高度h1与第一圆筒段的内径d1之比为0.1～0.5，第二筒体的内径d2＝0.25d1～0.5d1，第二筒体的高度h3＝0.2d2～0.8d2；圆锥筒段上端的内径与第一圆筒段的内径d1相同，圆锥筒段下端的内径与第二圆筒段的内径d2相同，圆锥筒段的高度h2＝2d2～4d2、且侧壁相对于铅垂方向倾斜角α＝5°～20°；上封头设置有过孔、第一进液口和晶种投放口，所述过孔位于上封头中心部位，第一进液口与过孔的间距为l2，晶种投放口与过孔的间距为l1；圆锥筒段的上端部位侧壁设置有出液口，第二圆筒段的上端部位侧壁设置有第二进液口，下封头底部设置有晶浆出口，该晶浆出口的尺寸应使晶浆所含的大颗粒晶体能被放出；

4、所述搅拌器模块由导流筒、搅拌杆、第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨构成，搅拌杆与导流筒同轴线安装且其上端和下端位于导流筒之外，第一搅拌桨、第二搅拌桨相隔一间距安装在搅拌杆位于导流筒内的部段并与导流筒内壁相连，第三搅拌桨安装在搅拌杆下端端部；导流筒的内径d＝0.5d2～0.9d2、高度h与壳体圆锥筒段的高度相同，第三搅拌桨与导流筒下端面之间的间距h3＝0.5h3～0.7h3；

5、壳体、搅拌器模块和驱动装置的组装方式：所述搅拌器模块位于壳体内腔，搅拌器模块中的导流筒中心线与壳体中心线重合，导流筒上端面与壳体中的圆锥筒段上端平齐；搅拌器模块中的搅拌杆上端穿过壳体上封头设置的过孔与驱动装置连接；

6、在上述组装方式下，所述壳体上封头设置的第一进液口与过孔的间距l2为0＜l2＜1/2d，晶种投放口与过孔的间距l1为1/2d＜l1＜1/2d1。

7、本发明所述结晶设备，其搅拌器模块中的第一搅拌桨和第二搅拌桨为三叶桨，所述三叶桨的叶片相对于搅拌杆的倾角优选45°；其搅拌器模块中的第三搅拌桨为平桨，直径为0.5d2～0.9d2，所述平桨用聚四氟乙烯包裹。

8、本发明所述结晶设备，其搅拌器模块中的第一搅拌桨与导流筒上端面之间的间距h1优选h1＝0.2h，第二搅拌桨与导流筒下端面之间的间距h2优选h2＝0.2h。

9、本发明所述结晶设备，其壳体中的下封头为向上凹的圆弧形封头，上封头为向上凸的圆弧形封头或平板式封头。

10、本发明所述结晶设备，第一圆筒段的内径d1的尺寸根据实验或生产需要确定，导流筒壁厚小于3mm，壳体的壁厚根据产品密度、化学性质、产量等关系确定。

11、根据生产规模，本发明所述连续制备大颗粒大苏打的方法有以下两种工艺流程：

12、1、第一种工艺流程

13、本发明所述连续制备大颗粒大苏打的方法，使用上述结晶设备，并配置缓冲槽、循环泵、换热器和进料泵，工艺步骤如下：

14、(1)配制25℃～40℃的大苏打饱和溶液作为结晶母液，结晶母液的量应使结晶母液在循环泵的作用下能在缓冲槽与结晶设备壳体之间实现循环流动；

15、(2)关闭结晶设备壳体中下封头底部设置的晶浆出口，将所述结晶母液加入到缓冲槽中，再开启循环泵将结晶母液经换热器后从结晶设备壳体的第二进液口输入结晶设备壳体，当结晶设备壳体中结晶母液液面高于导流筒上端面后，结晶母液从结晶设备壳体的出液口溢出经管路进入缓冲槽，实现结晶母液在结晶设备壳体与缓冲槽之间的循环流动；所述结晶设备壳体的温度和缓冲槽的温度控制在与结晶母液相同的温度；

16、(3)配制温度为50℃～80℃、密度为1.580g/cm3～1.590g/cm3的大苏打熔融液，大苏打熔融液的量控制在将其输入结晶设备壳体后，结晶设备壳体内的料液体积小于结晶设备壳体的容积；

17、(4)以1h～3h为一个结晶周期，开启搅拌器模块和换热器，在所述结晶周期内于搅拌下将所述大苏打熔融液通过进料泵经结晶设备壳体中上封头设置的第一进液口加入位于结晶设备壳体内腔的导流筒中，将初始晶种经结晶设备壳体中上封头设置的晶种投放口加入结晶设备壳体内壁与导流筒外壁形成的环形区间，所述换热器的温控应保证在大苏打熔融液加入过程中，通过换热器冷却的料液经第二进液口输入结晶设备壳体内腔使结晶设备壳体内腔中的料液温度与结晶母液的温度相同；

18、(5)结晶周期限定的时间到达后，开启结晶设备壳体中下封头底部设置的晶浆出口放出晶浆，晶浆的放出体积与壳体的第二圆筒段容积相同；将所收集晶浆过滤，过滤所得滤液返回缓冲槽，用于维持结晶设备壳体内的料液液位恒定，过滤所得晶体经干燥后为大颗粒大苏打产品(na2s2o3·5h2o)；

19、重复上述步骤(3)至步骤(5)，即可实现大颗粒大苏打的连续制备；但在重复上述步骤(4)时，结晶周期内只需于搅拌下加入大苏打熔融液，不再加入晶种。

20、上述工艺流程适用于实验室和小规模试生产。

21、2、第二种工艺流程

22、本发明所述连续制备大颗粒大苏打的方法，使用上述结晶设备，并配置缓冲槽、循环泵、换热器和进料泵，工艺步骤如下：

23、(1)配制25℃～40℃的大苏打饱和溶液作为结晶母液，结晶母液的量应使结晶母液在循环泵的作用下能在缓冲槽与结晶设备壳体之间实现循环流动；

24、(2)关闭结晶设备壳体中下封头底部设置的晶浆出口，将所述结晶母液加入到缓冲槽中，再开启循环泵将结晶母液经换热器后从结晶设备壳体的第二进液口输入结晶设备壳体，当结晶设备壳体中结晶母液液面高于导流筒上端面后，结晶母液从结晶设备壳体的出液口溢出经管路进入缓冲槽，实现结晶母液在结晶设备壳体与缓冲槽之间的循环流动；所述结晶设备壳体的温度和缓冲槽的温度控制在与结晶母液相同的温度；

25、(3)配制温度为50℃～80℃、密度为1.580g/cm3～1.590g/cm3的大苏打熔融液；开启搅拌器模块和换热器，在搅拌下将所述大苏打熔融液通过进料泵经结晶设备壳体中上封头设置的第一进液口加入位于结晶设备壳体内腔的导流筒中，将初始晶种经结晶设备壳体中上封头设置的晶种投放口加入结晶设备壳体内壁与导流筒外壁形成的环形区间，所述换热器的温控应保证在大苏打熔融液加入过程中，通过换热器冷却的料液经第二进液口输入结晶设备壳体内腔使结晶设备壳体内腔中的料液温度与结晶母液的温度相同；

26、在加入大苏打熔融液运行稳定后，开启结晶设备壳体中下封头底部设置的晶浆出口并调整大苏打熔融液的加入速率与晶浆放出速率相匹配，在加入大苏打熔融液的同时放出晶浆；

27、(4)将所收集晶浆过滤，过滤所得滤液返回缓冲槽，用于维持结晶设备壳体内的料液液位恒定，过滤所得晶体经干燥后为大颗粒大苏打产品(na2s2o3·5h2o)。

28、上述工艺流程适用于工业化生产。

29、上述方法中的第一种工艺流程，初始晶种为粒径小于1mm的大苏打，初始晶种的加入量为第一结晶周期大苏打熔融液加入量的1/150～1/120。

30、上述方法中的第二种工艺流程，初始晶种为粒径小于1mm的大苏打，初始晶种的加入量为从大苏打熔融液开始加入起计，1h～3h内大苏打熔融液加入量的1/150～1/120。

31、上述方法中，搅拌器模块的搅拌速率设定应确保大苏打熔融液加入的结晶过程中大苏打晶粒可在结晶设备壳体中悬浮，但不会从结晶设备壳体设置的出液口流出。

32、上述方法中，过滤所得晶体的干燥温度为25℃～30℃。

33、上述方法中，换热器的温控通过换热器冷却水的温度和流量实现，换热器的冷却水温度应低于结晶母液温度3℃～5℃，换热器的冷却水流量在冷却水的温度确定后，需要通过实验验证。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、1、由于本发明所述结晶设备中壳体的形状和结构的特殊设计，以及导流筒与搅拌桨的模块化结构和搅拌器模块的安装方式，因而与现有dtb结晶器相比，不仅具有粒度分级功能，且避免了搅拌桨打碎晶体，有利于制备出粒度均匀的大颗粒晶粒。同时，搅拌模块与壳体相对独立，加工更为简便，维修拆卸组装更为方便。

36、2、由于本发明所述结晶设备设置了由导流筒、搅拌杆和搅拌桨构成的搅拌器模块，因而与现有oslo结晶器相比，即使晶体产量大，也可实现晶体在料液中的悬浮。

37、3、由于本发明所述方法使用本发明所述结构的结晶设备并将大苏打熔融液直接加入到结晶设备的壳体内后再对整体进行换热，因而减少了水进入大苏打结晶体系，可降低后续蒸发提浓的能耗。同时，较低的换热温差可以有效避免换热器及管路因晶体析出而造成堵塞。

38、4、采用本发明所述方法连续生产出了粒径达到8mm的大苏打产品，相比于现有市售的小颗粒的大苏打，母液夹带显著减少，干燥后不会结块，具有优异的抗结块性能。