大颗粒碳酸氢钠的制备方法及装置与流程

1.本发明属于碳酸氢钠制备技术领域，具体涉及一种大颗粒碳酸氢钠的制备方法及装置。


背景技术：

2.碳酸氢钠，即小苏打是一种重要的无机化工产品，广泛应用于各个产业中，在国民经济中占有重要地位。对于传统碳酸氢钠的生产，国内已形成相当的工业规模，但近年来，我国关于碳酸氢钠产品消费结构逐渐发生变化，对高端小苏打产品需求上升较快，导致国内高端小苏打产品生产短缺问题日渐突出。
3.透析、注射用碳酸氢钠是小苏打系列产品中重要的品种之一，其主要应用于血液透析场景中。透析液作为血液透析系统的重要组成部分，其主要作用是纠正患者内环境电解质紊乱、维持酸碱平衡。血液透析浓缩液可分为酸性透析浓缩液(a液)和碱性透析浓缩液(b液)，a液为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、冰醋酸溶液，b液为碳酸氢钠溶液。在具体使用场景中，b液可分为两种方式制备，一种是现配现用，将浓缩碳酸氢钠干粉溶解后使用，另一种是将颗粒碳酸氢钠装填进柱或者袋中，在透析机上实现b液的连续配制。碳酸氢钠溶液在贮存和运输过程中可能会产生一定程度分解，液体贮存和运输不便且存在生物危险的风险，由于以上原因，采用颗粒碳酸氢钠在上机时实现b液的连续配制越来越受到市场的推崇。但此方法对碳酸氢钠颗粒要求较高，粉末状碳酸氢钠颗粒小、溶解时易结块、流动性差，不仅不利于碳酸氢钠的快速溶解，还极易在透析过程中堵塞导管，目前国内药用碳酸氢钠厂家生产的产品粒度均较小，达不到上机标准，国内血液透析用大颗粒碳酸氢钠均为进口产品，因此填补国内市场透析用大颗粒碳酸氢钠产品空白已经迫在眉睫。
4.专利cn206428008u利用重结晶方法，在90℃条件下配制一定组成原料液，随后在30～40℃条件下进行结晶，大颗粒产品粒度范围在180-425μm内，但关于产品形貌及粒度分布均未提及。
5.专利cn206428007u以纯碱以及食品级二氧化碳为原料，通过在结晶器中进行反应，反应及结晶过程恒定温度为25℃，并每隔40分钟排出体系中细晶，反应时间6小时，滞留反应液24小时后取出产品。所得产品180-425μm范围内产品占比能够达到60％，但用于血液透析的大颗粒碳酸氢钠产品需具有规则的形貌，对颗粒堆积性能有一定要求，但该专利中未给出产品形貌。
6.专利cn105819471b公开了一种生产大粒度小苏打的方法，以纯碱碳化法作为基础，对工艺中关键设备反应结晶器进行创新设计，并结合细晶消除、添加晶种的方式获得了粒度分布满意的产品，其中粒径大于180μm占比75％以上，但颗粒形貌呈现长棒状，区别于近似球形、梭形颗粒产品，可能会产生堆密度较小，上机效果较差的问题。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是：提供了一种大颗粒碳酸氢钠的制备方法，产品呈梭形、
近似球形，流动性较好，粒度在180-425μm的颗粒占比在80％以上，满足《中国药典》中关于药用碳酸氢钠相关标准，同时满足血液透析用碳酸氢钠的临床要求；本发明还提供其制备方法。
8.本发明所述的大颗粒碳酸氢钠的制备方法，包括以下步骤：
9.配制一定浓度的碳酸钠溶液过滤后泵入碳化反应器中，并通入二氧化碳，在70-90℃下进行气液两相反应，物料经一定停留时间后转移至结晶器中，在20-70℃温度下进行降温结晶，同时可采用细晶消除罐对结晶器中的细晶采出、溶解后返回结晶器，物料经一定停留时间后转移至离心机中，洗涤、离心，干燥获得大颗粒碳酸氢钠产品。
10.本发明中，所述碳酸钠溶液浓度为10-20wt％。
11.本发明中，所述二氧化碳优选食品级二氧化碳。
12.本发明中，所述碳化反应器内物料停留时间为0.2-3h。
13.碳化过程中存在一定的晶体析出，此部分晶体可作为结晶器内的晶种。
14.本发明中，所述结晶器内物料停留时间为2-8h。
15.本发明中，所述细晶消除罐内的温度为75-85℃。
16.在结晶器中，晶体成核、生长的同时，采用细晶消除方式，将小于180μm的细晶进行采出，在细晶消除罐内以较高温度快速溶解后，再返回结晶器进行结晶，从而对体系内晶体进行粒度重整优化。
17.本发明中，制备得到的大颗粒碳酸氢钠晶体形貌为梭形或类球体，粒度在180-425μm的颗粒占比在80％以上，流动性较好，具有一定颗粒强度。
18.本发明所述的大颗粒碳酸氢钠的制备方法所用的装置，包括食品级二氧化碳储罐、碳酸钠溶液储罐、碳化反应器、结晶器以及细晶消除罐，所述碳化反应器的进料口连接食品级二氧化碳储罐和碳酸钠溶液储罐，所述碳化反应器的出料口连接结晶器的进料口，所述结晶器的顶部与细晶消除罐循环相连，结晶器的底部出料口依次连接离心机和气流干燥机。
19.所述结晶器和细晶消除罐均带有夹套，通过公用工程进行控温。
20.所述食品级二氧化碳储罐和碳化反应器之间设置有二氧化碳汽化器。
21.其中，所述碳化反应器内反应温度通过进料温度进行控制，细晶消除罐、结晶器通过公用工程维持在恒温状态。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
23.(1)本发明基于纯碱碳化法制备颗粒碳酸氢钠，采用将碳化过程与结晶过程分离的基本思路，通过碳化反应得到形貌、分布较为适宜的基本粒子，进一步转移至结晶器中生长，从而制备颗粒碳酸氢钠；
24.(2)本发明制备的大颗粒碳酸氢钠形貌、粒度分布及晶体强度满足透析用颗粒碳酸氢钠产品的要求，在过程中无需加入任何添加剂，产品质量符合国家药典中对于医药级碳酸氢钠的基本要求；
25.(3)本发明所述工艺步骤简单，制备大颗粒碳酸氢钠有效、可靠，具有一定生产效率，可以进一步放大生产。
附图说明
26.图1为本发明实施例1制备的碳酸氢钠晶体的sem图；
27.图2为本发明实施例2制备的碳酸氢钠晶体的sem图；
28.图3为本发明实施例1制备的碳酸氢钠晶体粒度分布图；
29.图4为本发明实施例2制备的碳酸氢钠晶体粒度分布图；
30.图5为市售碳酸氢钠晶体的sem图；
31.图6为本发明大颗粒碳酸氢钠的制备装置结构示意图；
32.图中：1、食品级二氧化碳储罐；2、碳酸钠溶液储罐；3、碳化反应器；4、结晶器；5、细晶消除罐；6离心机；7、气流干燥机；8、二氧化碳汽化器。
具体实施方式
33.下面结合实施例对本发明作进一步说明，实施例中所使用的原料，如无特别说明，均为市售常规原料；实施例中所使用的工艺方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
34.实施例1
35.如图6所示，一种大颗粒碳酸氢钠的制备装置，包括食品级二氧化碳储罐1、碳酸钠溶液储罐2、碳化反应器3、结晶器4以及细晶消除罐5，所述碳化反应器3的进料口连接食品级二氧化碳储罐1和碳酸钠溶液储罐2，所述碳化反应器3的出料口连接结晶器4的进料口，所述结晶器4的顶部与细晶消除罐5循环相连，结晶器4的底部出料口依次连接离心机6和气流干燥机7。
36.所述结晶器4和细晶消除罐5均带有夹套，通过公用工程进行控温。
37.所述食品级二氧化碳储罐1和碳化反应器3之间设置有二氧化碳汽化器8。
38.其中，所述碳化反应器3内反应温度通过进料温度进行控制，细晶消除罐5、结晶器4通过公用工程维持在恒温状态。
39.实施例2
40.采用实施例1中所述的装置制备大颗粒碳酸氢钠，步骤如下：
41.以碳酸钠为原料，配制浓度为12wt％的碳酸钠溶液过滤，以0.6m3/h的速率通入碳化反应器中，同时将食品级二氧化碳以60.8nm3/h的速率通入碳化反应器中，保持碳化反应器内反应温度为70℃，物料在碳化反应器内停留1.5h后转移至结晶器中，结晶器内温度保持在20℃，进行结晶，同时采用细晶消除罐对结晶器中粒径小于180μm的析晶采出、溶解(溶解温度75℃)后返回结晶器，物料在结晶器内停留4h后，转移至离心机中，进行洗涤、离心，然后干燥获得大颗粒碳酸氢钠产品。
42.制备的大颗粒碳酸氢钠晶体微观形态如图1所示，晶体粒度分布如图3所示，可以看到，制备的大颗粒碳酸氢钠晶体形貌为梭形或类球体，粒度在180-425μm的颗粒占比为87.9％。
43.实施例3
44.采用实施例1中所述的装置制备大颗粒碳酸氢钠，步骤如下：
45.以碳酸钠为原料，配制浓度为15wt％的碳酸钠溶液过滤，以0.6m3/h的速率通入碳化反应器中，同时将食品级二氧化碳以57.0nm3/h的速率通入碳化反应器中，保持碳化反应器内反应温度为80℃，物料在碳化反应器内停留0.2h后转移至结晶器中，结晶器内温度保
持在50℃，进行结晶，同时采用细晶消除罐对结晶器中粒径小于180μm的析晶采出、溶解(溶解温度60℃)后返回结晶器，物料在结晶器内停留2h后，转移至离心机中，进行洗涤、离心，然后干燥获得大颗粒碳酸氢钠产品。
46.制备的大颗粒碳酸氢钠晶体微观形态如图2所示，晶体粒度分布如图4所示，可以看到，制备的大颗粒碳酸氢钠晶体形貌为梭形或类球体，粒度在180-425μm的颗粒占比为88.1％。
47.实施例4
48.采用实施例1中所述的装置制备大颗粒碳酸氢钠，步骤如下：
49.以碳酸钠为原料，配制浓度为20wt％的碳酸钠溶液过滤，以0.6m3/h的速率通入碳化反应器中，同时将食品级二氧化碳以50.6nm3/h的速率通入碳化反应器中，保持碳化反应器内反应温度为90℃，物料在碳化反应器内停留3h后转移至结晶器中，结晶器内温度保持在70℃，进行结晶，同时采用细晶消除罐对结晶器中粒径小于180μm的析晶采出、溶解(溶解温度80℃)后返回结晶器，物料在结晶器内停留8h后，转移至离心机中，进行洗涤、离心，然后干燥获得大颗粒碳酸氢钠产品。
50.制备的大颗粒碳酸氢钠晶体形貌为梭形或类球体，粒度在180-425μm的颗粒占比为87.2％。
51.对比例1
52.市售碳酸氢钠。
53.市售碳酸氢钠晶体的微观形态如图5所示，可以看出，其晶体形貌不规则，颗粒大小均匀性差，且细颗粒含量较高。