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过碳酸钠生产工艺简析

发表于:2019-03-13作者: 王方
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  摘要:过碳酸钠主要被用作氧化剂和漂白剂,以及造纸、染整、化工、食品、卫生、医药、造纸等行业的杀菌剂、去污剂和清洗剂。本文通过介绍过碳酸钠的自身性质、合成反应机理和生产工艺,揭示过碳酸钠技术优化的关键,分析了过碳酸钠的研究现状。

  过碳酸钠有三种分子结构,目前市场上的产品为2Na3CO3.3H2O2,是白色结晶或结晶性粉末,又称为过氧碳酸钠或者过氧碳酸钠加合物,易发生分解,性质较不稳定。

  过碳酸钠生产的反应原理

  过碳酸钠的原料为碳酸钠和过氧化氢,生产反应为放热反应,反应式为:

  2NaCO3+3H2O2→2Na2CO3·3H202 +Q

  过碳酸钠是一种不稳定的物质,在高温条件下或者遇到水、重金属和有机物时,容易发生分解,分解反应式为:

  2Na2CO3.3H2O2→2Na2CO3·H2O+H2O+3/2O2

  碳酸钠分解后,活性氧就分解成水和氧气,产品的活性氧含量下降,因此抑制过碳酸钠的分解对产品的质量很关键。

  过碳酸钠的生产以湿法生产工艺为主

  过碳酸钠的生产工艺有干法和湿法两种。早期的干法生产是将高浓度的过氧化氢和无水的碳酸钠混合并搅拌,迅速生成产物,但是过氧化氢受热后(反应放热)易发生分解,产品的高活性氧含量低,而过氧化氢带来的水不能快速蒸发,容易形成过碳酸钠的浆状物,产品的流动性不够好,难以得到理想效果的产品,未被广泛采用,目前全球只有德国采用干法工艺。日本后来发明了喷雾法,在热空气沸腾床中将过氧化氢水溶液喷雾到碳酸钠固体上,水和反应热可以通过沸腾床移去,从而得到干燥的产品。喷雾法具有多种优点,如设备少,流程短,无须过滤,生产工艺简单,产率高等,但是生产技术条件苛刻,设备投资大,操作条件不易控制,能耗大,而且得到的产品活性氧含量低且稳定性差,因此较少应用在实际工业生产中。

  湿法工艺的反应设备是反应釜,加入饱和碳酸钠溶液和过氧化氢溶液,并加入稳定剂,采用低温方法或者加入盐析剂使过碳酸钠结晶,然后分离、干燥得到过碳酸钠。此法技术成熟,生产设备简单,投资少,操作简单,同时得到的产品稳定性好。湿法工艺可进一步分类为低温结晶法、溶剂法和喷雾法,目前低温结晶法是国内外普遍采用的过碳酸钠生产工艺。

  表1 过碳酸钠湿法生产工艺的三种方法

  

  (资料来源:中国知网)

  过碳酸钠生产技术的优化主要在于产品稳定性的提升

  碳酸钠生产企业发展的不利因素有两个:一是过碳酸钠的产品收率不高,导致产品生产成本高;其次是过碳酸钠的稳定性差,无法持续保持活性氧含量,运输和贮存都受限制,因此提高产品稳定性和收率是过碳酸钠生产比较关键的问题。

  过氧化氢和碳酸钠反应放热,而过氧化氢受热易分解,过氧化氢的利用率低,产品收率低,对于收率的提升方法主要是控制反应温度和原料配比等,目前对于过碳酸钠生产技术的研究以产品稳定性的提升为主。

  过碳酸钠稳定性主要受存储环境的温度、湿度以及金属杂质的含量所影响,目前提升过碳酸钠稳定性的方法主要有:添加有机物和无机物使其与金属离子形成螯合物;减少原料中的重金属离子含量;制造粒状或颗粒状的过碳酸钠,然后用某些有机和无机化合物涂覆过碳酸钠粒子,以隔绝空气中的湿气。未来过碳酸钠技术优化应该着重于研发更加高效的内、外稳定剂并探索更好的加入方式,还有改进过碳酸钠的造粒技术,以及增强稳定剂的包覆效果等。

  结语

  过碳酸钠的原料为过氧化氢和碳酸钠,目前有湿法和干法两种生产工艺,湿法工艺中的低温结晶法是被广泛使用的生产方法。由于过碳酸钠容易分解,产品稳定性差,因此目前对于过碳酸钠生产技术的优化主要是提升产品稳定性。


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