DTB连续结晶器在去除水合肼中十水碳酸钠的应用

赵志坚，史 昱，张小钦

（河北诺达化工设备有限公司，河北石家庄050035）

化工装备与设计

DTB连续结晶器在去除水合肼中十水碳酸钠的应用

赵志坚，史 昱，张小钦

（河北诺达化工设备有限公司，河北石家庄050035）

去除水合肼中十水碳酸钠，传统工艺采用间歇结晶方式。间歇结晶方式存在许多缺点，如设备结疤严重、生产能力小、劳动强度大。介绍了采用连续冷却结晶设备（DTB冷却结晶器）去除水合肼中十水碳酸钠的方法。连续结晶工艺，克服了间歇结晶工艺的缺点。采用DTB冷却结晶器去除水合肼中的十碳酸钠，可使其质量分数由12.03%降低至0.55%。介绍了DTB冷却结晶器的工作原理，简述了冷却结晶设备及配套设备的设计要点。

水合肼；十水碳酸钠；DTB冷却结晶器；连续结晶

水合肼工业生产方法主要有拉西法、尿素氧化法、酮连氮法和过氧化氢法，目前中国主要采用尿素氧化法。尿素氧化法制备水合肼工艺过程：将尿素溶于水中配制成尿素溶液，在硫酸镁存在下尿素溶液与次氯酸钠和烧碱混合溶液在管式氧化反应器中反应制得粗肼，肼质量分数大于2%；将粗肼除杂提纯，去除其中的碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠等杂质；淡肼水溶液增浓。粗肼提纯过程，传统工艺采用间歇结晶。间歇结晶设备不控制过饱和度，结疤沉积严重，生产能力小，劳动强度大。河北诺达化工设备有限公司针对粗肼除杂过程，设计了DTB连续结晶器，并应用于生产。结果表明，采用连续结晶［1］工艺，克服了间歇结晶工艺的缺点，除杂效果很好，使粗肼中的碳酸钠质量分数由于12.03%降低至0.55%。

1 工艺流程

采用DTB连续结晶器，对粗肼进行除杂，使其中的碳酸钠冷却结晶［2］，工艺流程图见图1。粗肼进料温度为45℃，结晶终点温度为0℃。根据碳酸钠的溶解度和过饱和度，先利用冷母液的冷量将原料液预冷到20℃（这个过程溶液不结晶），之后再进入DTB冷却结晶器，使十水碳酸钠［3］结晶出来。结晶料浆送去沉降分离，分离出的十水碳酸钠可以回收利用，肼水溶液送去下一个除盐工序。

2 设备简述

2.1 粗肼预冷却器

粗肼预冷却采用的是列管式冷却器，粗肼走管程，冷母液走壳程，粗肼由45℃降温至20℃，此过程无晶体析出。此设备设计要点是保证冷却管内物料流速稳定，确保管程无死区，防止粗肼在设备内局部过冷导致十水碳酸钠晶体析出，堵塞换热管。因此该设备采用双管程设计，并且在布管方面做了较大改进，同时加长了管箱。这样，保证了冷却温度的均匀性，改善了高流速带来的布料不均匀，避免了物料流道有死区。

2.2 DTB冷却结晶器

2.2.1 DTB 结晶器［4］介绍

根据物料特性选用DTB冷却结晶器。结晶器内设置导流筒，形成循环通道。导流筒内设有推进式搅拌器，可以看作内循环轴流泵。悬浮料液在搅拌器的推动下，经导流筒上升至液体表面，然后沿导流筒与圆筒形挡板之间的环形通道至容器底部，然后又被吸入导流筒的下端，完成一次循环。由于导流筒能够同时输送晶浆与过饱和溶液，使之充分混合，并分布到结晶器各处，晶体颗粒在此过程中消耗产生过饱和度并不断增大，同时也使结晶器内过饱和度处于较低的水平，避免大量新的晶核产生，创造了比较良好的晶体生长环境。

DTB结晶器由于设置了导流筒，形成了良好的内循环通道，很大程度上减小了搅拌电机的功率，同时降低了外部循环的能量消耗，在节能方面有很好的表现。

2.2.2 冷却结晶工艺过程

经过预冷却的粗肼溶液进入结晶器出口循环管与饱和溶液混和，混和后的溶液经过外换热器冷却后形成低温过饱和溶液，然后以循环泵为动力重新进入结晶器导流筒搅拌器上部，与搅拌的晶浆混和后经由导流筒快速进入溶液上部，过饱和液与晶浆的混和液沿导流筒与挡板间的环形区域流向下部，同时过饱和度消除，长大后的晶体由结晶器底部排出。

2.2.3 设备设计要点

DTB冷却结晶器设计要点：1）结晶器的搅拌以及结晶器的构造严格按照流场模拟进行参数优化；2）设备内表面采用抛光处理，防止晶体在内表面结疤；3）搅拌器选用大流量推进式搅拌器。

外换热器设计要点：1）换热管采用内抛光管，减少管程内侧结疤的可能；2）管程进口处进行流道设计，保证管程内液体分布均匀；3）壳程内折流板设计满足壳程冷冻盐水的流通需要，保证壳程无死区。

2.3 冷冻盐水循环系统

为了更好地控制溶液的过饱和度，防止换热器内部结疤，需要保证外换热器的壳程和管程的温差保持在一个小的恒定范围。冷冻盐水的温度是-15℃，所以在外换热器的壳程系统设置了一台大流量、低扬程的轴流泵，保证冷冻盐水在外换热器良性循环。-15℃的冷冻盐水由轴流泵进口加入，经由轴流泵与壳程冷冻盐水均匀混和，换热后的冷冻盐水从外换热器的冷冻盐水出口管线采出，这样可以保证换热器壳程的水温变化在1℃左右，保证换热器的管程和壳程保持恒定的温差，使外换热器的运行更稳定。

3 结束语

将DTB冷却结晶器应用于去除粗肼中十水碳酸钠的生产工艺，相对于传统的间歇结晶设备，其具有生产强度大、操作简单、自动化程度高、节能、占地面积小、投资少等优点。同时，考虑到实际生产中容易出现的各种问题，从工艺和设备两方面对生产的连续性和稳定性做出了有效的改进。

［1］叶铁林.化工结晶过程原理及应用［M］.北京：北京工业大学出版社，2006.

［2］时钧，汪家鼎，余国琮，等.化学工程手册（上卷）［M］.2版.北京：化学工业出版社，2002.

［3］周连江，乐志强.无机盐工业手册［M］.2版.北京：化学工业出版社，2003.

［4］丁绪淮，谈遒.工业结晶［M］.北京：化学工业出版社，1985.

Application of DTB continuous crystallizer in eliminating Na2CO3·10H2O in hydrazine hydrate

Zhao Zhijian，Shi Yu，Zhang Xiaoqin
（Hebei Nuoda Chemical Equipment Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050035，China）

The traditional process adopted batch crystallization to eliminate Na2CO3·10H2O in hydrazine hydrate.But there were many disadvantages in the process of batch crystallization,such as serious scarring,small production capacity，and high labor intensity.The method of using continuous DTB cooling crystallizer in eliminating Na2CO3·10H2O in hydrazine hydrate.was introduced.The continuous crystallization process overcame the shortcomings of the intermittent crystallization process.The introduction of DTB cooling crystallizer in eliminating Na2CO3·10H2O in hydrazine hydrate could drop its mass fraction from 12.03%to 0.55%.It also told how DTB cooling crystallizer works and also briefly introduced the key design points of cooling crystallization equipment and its associated equipment.

hydrazine hydrate；Na2CO3·10H2O；DTB cooling crystallizer；continuous crystallizer

O51.6

A

1006-4990（2012）09-0054-02

2012-03-20

赵志坚（1980— ），男，学士，助理工程师，主要从事化工机械方面的研究。

联系方式：zjzhao666@126.com