硫酸钠(元明粉)制备无水亚硫酸钠的方法

亚硫酸钠为白色结晶粉末，分子式Na2SO4，具有还原性，广泛应用于印染、造纸、水处理、化纤等行业。国内厂家普遍采用纯碱溶液吸收二氧化硫酸化工艺生产无水亚硫酸钠。磺化法生产苯酚、甲酸钠法生产保险粉也可获得一定量的副产亚硫酸钠。SO2为无色有刺激性的酸性气体，易溶于水生成亚硫酸，亚硫酸为中等强酸，亚硫酸电离常数为：Ka1=1.23×10-2、pKa1=1.91、Ka2=6.6×10-8、pKa2=7.18。
SO2溶于石灰水生成CaSO3，CaSO3在水中的溶解度为0.0043%(18℃)，过量的SO2与CaSO3反应生成Ca(HSO3)2，Ca(HSO3)2在水中的溶解度11.86%(20℃)。亚硫酸氢钙的溶解度高于亚硫酸钙。向Ca(HSO3)2溶液中加入副产硫酸钠(元明粉)生成硫酸钙和亚硫酸氢钠，将硫酸钙与亚硫酸氢钠分离。亚硫酸氢钠与碳酸钠(纯碱)中和得到亚硫酸钠。反应过程如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2→CaSO3↓+H2O
CaSO3+H2O+SO2→Ca(HSO3)2
Ca(HSO3)2+Na2SO4+H2O→CaSO4·2H2O↓+2NaHSO3
2NaHSO3+Na2CO3→2Na2SO3+H2O+CO2

主要原料：工业副产无水硫酸钠(含量≥95℅)，生石灰(CaO≥97%)，硫磺(S含量≥99%工业级)，纯碱(Na2CO3≥98%合格品)。
控制条件
1、SO2的制备
将工业硫磺投入熔硫槽，加热到135℃-140℃并保温，用硫磺泵将液体硫磺经过滤装置过滤后与空气以雾状喷入焚硫炉内进行焚烧，制得含SO2炉气(SO2含量≥15℅)。自焚硫炉出来的高温SO2炉气经过冷却、净化后备用。
2、化灰悬浮液的制备
将Na2SO3离心所得的Na2SO3母液，泵入化灰槽中，将配比量的CaO投入化灰槽，充分水化生成化灰悬浮液。化灰悬浮液中含有氢氧化钙(Ca(OH)2)、亚硫酸钙(CaSO3)、氢氧化钠(NaOH)。
3、酸化
经冷却、净化的SO2炉气直接通入化灰器内，化灰悬浮液与SO2进行酸化，酸化温度控制在80-85℃，酸化终点pH值为4.0-4.4。
4、Na2SO3的生成
将酸化完成的酸化液泵入反应器，加入配比量的工业副产无水硫酸钠进行反应，反应温度控制在80℃-85℃，搅拌反应40分钟，反应完毕，静置两小时。将反应液边搅拌边放料到离心机进行离心分离，得亚硫酸氢钠溶液和副产品CaSO4·2H2O，将亚硫酸氢钠溶液泵入中和器，分批加入纯碱，控制反应终点pH=7-7.5，得到Na2SO3溶液，必要时可加入少量的Na2S和粉状活性炭进行除铁、脱色。Na2SO3溶液经真空浓缩、结晶、离心、干燥得成品无水Na2SO3。浓缩、干燥所得冷凝水、Na2SO3离心母液做化灰水回用。
利用工业副产无水硫酸钠生产亚硫酸钠，能很好利用副产品硫酸钠，工艺过程不产生废水、废渣。可降低生产成本，增加经济效益。