本發(fā)明是關(guān)于高密度無水碳酸鈉-即所謂重質(zhì)純堿（重蘇打灰-densesodaash）的制備方法。此法基于碳酸氫鈉或含碳酸氫鈉的化合物的熱分解，是將碳酸氫鈉或含碳酸氫鈉的化合物加入一含碳酸鈉漿液的反應(yīng)器，循環(huán)流經(jīng)熱交換器，并維持在135℃以上的分解溫度，在生成的無水碳酸鈉還處于懸浮狀態(tài)時即將其放出，最后再從母液中分離出來。

上述類型的生產(chǎn)方法見于美國專利3451767。

這種無塵最終產(chǎn)物（重蘇打灰）的一步濕法制備，相對而言，功率消耗較低。在實際生產(chǎn)上，通常是由氨-堿廠提供碳酸氫鈉供料的。此法的另一優(yōu)點是，分解后產(chǎn)生的二氧化碳具有一定的壓力，這樣的壓力適于把二氧化碳再直接送回氨-堿廠，而不需要再加壓。再者，將少量母液再循環(huán)到氨-堿廠，可使最終產(chǎn)物保持很低的氯化鈉含量。然而，此類方法一直存在著一個眾所周知的問題需要再研究，即熱交換器壁上的結(jié)垢問題。首先，溫度增加時蘇打灰的溶解度會急劇上升，所以需要有大量的熱量供給蘇打灰過飽和溶液。

美國專利3451767為此建議將兩個熱交換器交互使用。

這種辦法不僅費(fèi)錢，而且使用漿液系統(tǒng)的工廠還需要定期地停車以除去熱交換器中的沉積物，當(dāng)然這在實際上是行不通的。

現(xiàn)有的預(yù)防沉積的方法包括使用光滑的器壁、減小整個器壁的溫差，器壁處有足夠的（液體）壓力以阻止沸騰、相對高的漿液密度和高流速。

現(xiàn)已知道，所有這些預(yù)防沉積的方法對于純碳酸鈉溶液中無水碳酸鈉的結(jié)晶都是比較有效的。但是，只要溶液中含碳酸氫鈉，這些預(yù)防方法似乎就不能阻止結(jié)垢。顯然，這里還存在其他的干擾因素。

按照本發(fā)明方法，就可以阻止結(jié)垢。

按照本發(fā)明的方法，其特征是：反應(yīng)器和熱交換器互相之間的相對位置要使熱交換器上的漿液靜止高度H滿足以下的關(guān)系：

H≥e(20.52-0.937×St-10184t+388.2)-P0.1×d(米)]]>

式中

t＝熱交換器的壁溫（℃）

S＝除碳酸鈉和碳酸氫鈉以外的任何溶解鹽的含量（以NaCl的重量百分計）

P＝系統(tǒng)的蒸氣壓力（巴）

d＝漿密度（克/立方厘米）

這里所謂的靜止高度是指熱交換器的臨界點與已作了氣泡校正的氣/液位點間的高度差，正如用玻璃管量液計測定并校正換熱器和氣/液位之間的液體阻力一樣。

實際上上述關(guān)系應(yīng)滿足熱交換器的每一個點?，F(xiàn)在的臨界點，在絕對意義上說，是導(dǎo)致最高氣/液位的熱交換器的點。根據(jù)結(jié)構(gòu)，臨界點可以是熱交換器之頂（如果是上流）、可以是最熱點（如果熱交換器水平放置）或者介于兩者之間的點（如果是多程熱交換器）。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中有碳酸氫鈉存在時可能伴隨如Weg-scheider鹽（Na2CO3·3NaHCO3）之類的復(fù)鹽形成，當(dāng)與熱壁接觸時將產(chǎn)生附加分解現(xiàn)象，分解的結(jié)果，很可能形成極細(xì)的無水碳酸鈉顆粒，迅速粘附于器壁而生成積垢。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如保證熱壁處的漿液處于足夠的壓力之下，就可以阻止分解。就經(jīng)濟(jì)原因出發(fā)，本方法需采用自然產(chǎn)生的壓力，這一預(yù)防沉積的措施需要維持足夠的靜止高度。影響粘附的最低靜止高度看來似乎有多種因素。特別重要的是壁溫、系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸氣壓、漿液中的其他鹽類和漿液的密度。而且，整個漿液的分解溫度和器壁上的溫差又交替影響著上述各因素。

對這些影響（互相間不必獨(dú)立）的進(jìn)一步評價導(dǎo)致上述的經(jīng)驗關(guān)系式，在實際應(yīng)用上留有必須的安全度。在此由靜止高度滿足的經(jīng)驗關(guān)系中，有四個直接測定的量綱，即壁溫t，任何其他鹽的含量，自然產(chǎn)生的壓力P和漿液密度d。

關(guān)于鹽含量，應(yīng)當(dāng)注意的是，在實際生產(chǎn)上碳酸氫鈉進(jìn)料來自氨-堿廠，通常含有氯化鈉、碳酸鈉、銨鹽和鉀鹽等雜質(zhì)，母液的循環(huán)可引起碳酸鹽漿液中這類鹽的增加，其重自千分之幾至5%（以氯化鈉百分重量計）。雜質(zhì)鹽含量的增加對可能產(chǎn)生在器壁上的分解作用和自然產(chǎn)生的壓力有明顯的作用，因此上述的關(guān)系就需有校正項。

通常的分解溫度高于135℃。最佳分解溫度主要取決于除去蒸氣形式的水的需要，此水是反應(yīng)水與碳酸氫鹽漿液一起引入的水。原料的含水量愈低，分解溫度愈高，但供蒸發(fā)的能量愈低。

最好將分解溫度定在150℃或更高一些，并維持至少10米的靜止高度。通常，分解溫度不高于200℃。系統(tǒng)中產(chǎn)生的蒸氣主要是水蒸氣和二氧化碳，所選擇的工藝條件最好是使所產(chǎn)生的水蒸氣和二氧化碳的比例與原料一改。更有利的是使用-溫度水平以達(dá)到至少4巴的蒸氣壓力。這樣，產(chǎn)生的二氧化碳可以引入氨-堿廠的生產(chǎn)塔，而不需再進(jìn)行壓縮。

考慮到所要求的靜止高度，本發(fā)明的方法在裝有外部熱交換器的反應(yīng)器中進(jìn)行是有利的，熱交換器應(yīng)置于足夠低的位置并通過旁通管和一泵浦與反應(yīng)器相連。例如，可將碳酸氫鈉原料在一適合點連接所說的旁通管，在反應(yīng)器和排放裝置間使用第二個旁通管以將所產(chǎn)生的無水碳酸鈉與母液分離并且再循環(huán)。排放出所產(chǎn)生的蒸氣并借助于其熱量可在一冷卻器中將其中的水蒸氣分出來，剩下的二氧化碳可再使用。本發(fā)明的方法在下面各實例中將得到進(jìn)一步說明。

實例Ⅰ

在經(jīng)由一旁通管和一泵浦連接于一熱交換器的反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)由熱交換器循環(huán)把碳酸鈉漿液的操作溫度保持在150℃以上。反應(yīng)器有蒸氣排放管線并有第二個旁通管以分離產(chǎn)物和使母液循環(huán)。

將氨-堿廠的工業(yè)碳酸氫鈉懸浮液加入反應(yīng)器，歷時13.5小時。伴隨著排放所產(chǎn)生的蒸氣（主要是水蒸氣、二氧化碳和一些氨）和分離所形成的無水碳酸鈉結(jié)晶，母液的組成實際上是保持不變的。

實驗操作條件如下：

自然產(chǎn)生的壓力（P）4.15巴

靜止高度（H）11.1米

器壁溫度（t）154.7℃

鹽含量（S）0.55%

漿液密度（d）1.325克/立方厘米

所有通常阻止結(jié)垢的條件均已滿足，實驗中仍發(fā)現(xiàn)熱傳遞有明顯的降低。

經(jīng)13.5小時后將實驗停止并檢查熱交換器，發(fā)現(xiàn)76%的管道有結(jié)垢，其程度可使此系統(tǒng)完全堵塞，如果實驗繼續(xù)進(jìn)行的話。

在相同條件下不加碳酸氫鈉進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)可用蒸發(fā)以濃縮碳酸鈉懸浮液，使無水碳酸鈉結(jié)晶出來，實際上在無限長的時間內(nèi)熱傳遞沒有任何衰減。只需要有4.4米的靜止高度就可阻止管壁處的沸騰。

很明顯，碳酸氫鈉的存在成為結(jié)垢的另一因素，盡管大大增加靜止高度，此結(jié)垢的現(xiàn)有情況下還不足以被消除。

按本發(fā)明中的關(guān)系式計算所需的靜止高度，H應(yīng)當(dāng)至少為12.47米。

實例Ⅱ

將設(shè)備洗清干凈，重復(fù)實例Ⅰ的實驗，將熱交換器的溫差設(shè)定得稍低。

本實驗的操作數(shù)據(jù)如下：

自然產(chǎn)生壓力（P）4.15巴

靜止高度（H）10.9米

器壁溫度（t）152.4℃

鹽含量（S）0.56%

漿液密度（d）1.332克/立方厘米

從本發(fā)明中的關(guān)系式得知，本實驗所需的最小靜止高度為9.05米。經(jīng)30小時連續(xù)操作后檢查設(shè)備，發(fā)現(xiàn)熱交換器的管道仍舊完全清潔。