一种结晶法制备过碳酸钠的方法技术

本发明专利技术属于无机化学中过氧酸盐的制备技术领域，尤其涉及一种结晶法制备过碳酸钠的方法。本发明专利技术方法由固体碳酸钠与返回母液形成含有３０％～４５％（质量）碳酸钠的固体混合物，再与过氧化氢溶液反应，过氧化氢与碳酸钠的摩尔比保持在０．８∶１～１．４∶１范围内，并使碳酸钠、过氧化氢和氯化钠的质量之和占最终反应混合物总量的３２％～４２％（质量）。反应产物经过滤、干燥，得到颗粒状的过碳酸钠。按照本发明专利技术的方法，可以提高过氧化氢的利用率，降低生产成本，减少废水排放量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于制备过酸盐的方法，尤其涉及一种结晶法制备过碳酸钠(sodium percarbonate，简称为PCS)的方法。
技术介绍
过碳酸钠是由碳酸钠和过氧化氢依靠氢键形成的白色固体，总分子式为2Na2CO3·3H2O2，理论活性氧含量为15.28％。过碳酸钠和过硼酸钠是应用于洗涤剂中的两种主要漂白剂。目前洗涤剂中用量最大的漂白剂还是过硼酸钠，有四水过硼酸钠和一水过硼酸钠两种形式。过硼酸钠最大优点是稳定性和配伍性好，但必须在较高的洗涤温度(60～80℃)下才能发挥较好的漂白效果。迫于节约能源的压力，欧洲的洗涤习惯已从热水洗涤改变为40～60℃温水洗涤。为了保持良好的去渍去污效果，需要在洗涤剂内添加漂白活化剂。欧洲主要使用四乙酰乙二胺(TAED)，美国则使用壬酰基氧基苯磺酸钠(NOBS)。这样势必会增加洗涤费用。中国及亚洲其他国家的习惯是用冷水(10～30℃)洗涤，限制了过硼酸钠的应用。另外硼化合物随洗涤废水排放，将污染土壤，对植物生长有不利影响。于是过碳酸钠有取代过硼酸钠之势。过碳酸钠溶于水后释放出大量的活性氧，具有较强的去渍、增白、杀菌功能。它的特点是水溶性好，分解产物不会增加环境负荷。可单独作为衣用漂白剂和家用去渍剂，也可作为洗涤组合物中的漂白剂，特别是浓缩和超浓缩洗衣粉的漂白组分，或作为餐具洗涤组合物的漂白组分，或硬表面清洗组合物的漂白组分。过碳酸钠可以通过多种工艺方法制备，通常采用碳酸钠与过氧化氢水溶液反应，在现有技术中公开了三种工艺方法流化床法、干法和结晶法。流化床法是将过氧化氢水溶液和碳酸钠溶液按一定的比例分别或瞬间混合后连续不断地喷入含有过碳酸钠晶核的流化床中，利用流化气体的热能和反应产生的反应热，由气体带走水分，过碳酸钠粒子不断长大，当达到所需粒径大小时，经冷却段得到粒状的过碳酸钠。此法所得的产品粒度均匀，有利于后续的包膜；原料消耗较低；装置紧凑，特别适合于连续化生产，反应热可及时移走。但需要除去大量的水分，能量消耗较高；喷嘴容易堵塞，操作要求严格，不易控制。干法是将固体无水碳酸钠或水合碳酸钠直接与过氧化氢水溶液反应，分为一步干法和二步干法，一步干法是以无水碳酸钠为原料，在强烈搅拌下与过氧化氢水溶液进行混合，迅速反应生成过碳酸钠。二步法是先将固体碳酸钠与水反应调制成一水碳酸钠或水合碳酸钠，进而再与过氧化氢水溶液反应得到过碳酸钠。干法工艺简单，设备投资少，过氧化氢利用率高，原材料消耗较低。但由于反应瞬间放出大量的热量，如果没有高效的混合和热交换将热量及时移走，温度会快速升高，造成过氧化氢分解，过氧化氢分解又会产生大量的热量，从而促使过氧化氢进一步分解，如此恶性循环，最终导致操作失控。干法一般得到过碳酸钠的浆状物，干燥过程中需要除去大量的水分，能耗较高。干燥过后的过碳酸钠需要造粒，产品的稳定性一般不如流化床法和结晶法。结晶法是将固体碳酸钠配成水溶液或悬浮液，在0～20℃的温度下与过氧化氢水溶液反应，并在稳定剂如水玻璃、无机磷酸盐、有机膦酸或其盐等存在下进行结晶，过碳酸钠结晶经过滤或离心分离、流化床干燥，则得颗粒状的过碳酸钠产品。结晶法制备过碳酸钠可以分批处理，也可连续进行。由于整个反应体系中水分含量较高，且过碳酸钠在水中的溶解度较大，因此，为了使过碳酸钠尽可能多地结晶，常常在反应过程中加入盐析剂(如氯化钠)，促使反应进一步完成，提高目的产物的收率。过滤或离心分离出的溶液常称作母液，大部分母液经分解其中的过氧化氢后，用于配制碳酸钠溶液，另一部分母液经处理后排放。虽然此法反应产生的大量热量可及时移走，温度容易控制，所得产品的稳定性好，但工艺复杂，设备投资大，母液中含有较多的过氧化氢，需要分解后才能回用，增加了生产成本，而且有部分母液需要排放，造成环境污染。碳酸钠虽然易溶于水，但由于受溶解度的制约，在水中的溶解量是有限的。在35.4℃下达到最大溶解度，此时溶液中碳酸钠的含量为33.2％(质量)。当水中含有较高浓度的氯化钠时，碳酸钠的最大溶解度还会降低许多。为了使制备过程顺利进行，现有的制备方法对用返回母液配制碳酸钠溶液的浓度有一定的限制，上限为氯化钠存在下碳酸钠饱和浓度的95％，优选不大于饱和溶液的约90％。市面上的过氧化氢水溶液含量多为27.5％或50％，高含量过氧化氢水溶液不易获得。这样在制备过碳酸钠的反应体系中就存在大量的水，使得反应生成的过碳酸钠有较多数量溶解在水中，即使在氯化钠等盐析剂的存在下也不能完全结晶出来。这样在母液中总是含有一定数量的过氧化氢，为了控制反应结晶过程中过碳酸钠的粒度分布，需要在配制碳酸钠溶液时或在此之前将母液中残余的过氧化氢分解。过氧化氢分解又会产生水，增加了母液的排放量。因此，现有的结晶法制备过碳酸钠的工艺过程存在一些不足，在制备过碳酸钠的过程中过氧化氢的利用率较低，不仅造成过氧化氢消耗较高，影响设备的生产能力，而且需要排放的母液数量大，废液处理费用随之增加，还会有较高的环境污染负荷。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进或消除过碳酸钠现有结晶法制备技术中存在的缺陷，提高过氧化氢的利用率，减少母液的排放量。本专利技术提出的方法能够在尽可能高的有效活性氧产率下提供高质量过碳酸钠，不仅可以降低过氧化氢溶液的消耗，而且可减少多余的母液量，处理费用相应降低，污染负荷减少。本专利技术通过使用碳酸钠固体混合物，降低反应体系中的水量，从而提供一种比较经济的方法来制备稳定的过碳酸钠。本专利技术提供，包括下列步骤(A)固体碳酸钠和母液按一定比例进行混合，使得混合物中碳酸钠的含量为30％～45％(质量)，最终温度保持为0～25℃，混合一定的时间后得到碳酸钠固体混合物；(B)在搅拌反应器中加入一定量的母液或/和过氧化氢溶液，均匀加入(A)步所得的碳酸钠固体混合物、剩余的过氧化氢溶液和母液。体系中过氧化氢与碳酸钠的摩尔比保持在0.8∶1～1.4∶1范围内。并控制整个反应体系中碳酸钠、过氧化氢和氯化钠的质量之和占最终反应混合物总量的32％～42％(质量)。温度保持在0～25℃，于是生成过碳酸钠并从溶液中结晶出来；(C)分离过碳酸钠结晶，干燥，得到颗粒状的过碳酸钠。本专利技术方法的一个重要特点包括，固体碳酸钠与母液在混合设备中进行充分混合，依据母液的重量以及其中碳酸钠的含量，计算出加入固体碳酸钠的质量，控制最终混合物中碳酸钠的含量为30％～45％(质量)。现有的适合于固液混合的设备均可作为本专利技术的混合器，例如槽形混合器，螺带式混合机，捏合机。优选的混合器是捏合机，借助于该捏合机可以特别好地和均匀地将固体碳酸钠与母液充分混合。为了最终得到便于计量和输送的碳酸钠固体混合物，必须控制混合物的最终温度为0～25℃，优选温度为5～15℃。固体碳酸钠与母液混合时会产生热量，为了及时移走热量，使用的混合器需配备冷却装置。简单的方式是混合器配有冷却夹套，通过冷媒水来调节和控制碳酸钠固体混合物的温度。固体碳酸钠与母液混合一开始是形成浆状物，随着混合的进行，浆状物逐渐转变成固体。为了节省能量，碳酸钠固体混合物可以在两个混合器中完成，第一台混合器将固体碳酸钠与母液混合到浆状物，用循环冷却水冷却；第二台混合器将浆状物转变成固体混合物，用冷媒水进行冷却。对混合的时间没有严格的限制，以最终得到均匀的碳酸钠固体混合物为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结晶法制备过碳酸钠的方法，其特征在于包括下列步骤：　　　　（Ａ）固体碳酸钠和母液按一定比例进行混合，使得混合物中碳酸钠的含量为３０％～４５％（质量），最终温度保持为０～２５℃，混合一定的时间后得到碳酸钠固体混合物；　　　　（Ｂ）在搅拌反应器中加入一定量的母液或／和过氧化氢溶液，均匀加入（Ａ）步所得的碳酸钠固体混合物、剩余的过氧化氢溶液和母液，体系中过氧化氢与碳酸钠的摩尔比保持保持在０．８∶１～１．４∶１范围内，并控制整个反应体系中碳酸钠、过氧化氢和氯化钠的质量之和占最终反应混合物总量的３２％～４２％（质量），温度保持在０～２５℃，于是生成过碳酸钠并从溶液中结晶出来；　　　　（Ｃ）分离过碳酸钠结晶，干燥，得到颗粒状的过碳酸钠。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭本祝，钟存仁，谭裕兴，唐小军，
申请(专利权)人：广东中成化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]