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本文作者：徐飛作者單位：天津科技大學(xué)

多年來，真空制鹽生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟。然而，真空制鹽生產(chǎn)周期比較短，一直困擾著制鹽行業(yè)。目前制鹽行業(yè)的生產(chǎn)周期一般在30天左右，其主要原因?yàn)榧訜峁芙Y(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效果嚴(yán)重下降，主要表現(xiàn)為有效溫差急劇下降，班產(chǎn)量明顯降低，單位成本顯著上升。每次到期的停產(chǎn)調(diào)整需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力。隨著能源的日益緊張，各種能源、物資價(jià)格一路飆升，這就使得制鹽企業(yè)的生產(chǎn)成本大幅增加。在這種形勢下，制鹽企業(yè)謀求發(fā)展，提高企業(yè)的核心競爭力，就必須在不斷探索和挖掘裝置、設(shè)備的能源利用率上多下功夫。因此，采取有效的防垢措施，對(duì)企業(yè)進(jìn)一步挖潛增效、提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本、提高市場競爭力都有很重要的意義。

1垢層影響情況分析

蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力是以單位時(shí)間內(nèi)罐內(nèi)溶液中蒸發(fā)的水份量W來表示的。蒸發(fā)水份量W所需熱量Q是通過加熱室的傳熱面?zhèn)鹘o溶液來獲得的。

Q=K•F•Δt=W（i-t）

W=（K•F•Δt）（/i-t）

式中：W—蒸發(fā)水量

F—傳熱面積

K=傳熱系數(shù)

Δt—有效溫差

i—二次蒸汽的熱焓

t—溶液沸騰溫度

上式表示當(dāng)加入料液溫度與罐內(nèi)溶液沸騰溫度相等時(shí)，二次蒸汽的量才能真正的表示蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。若加入料液溫度低于溶液沸騰溫度，則將有一部分熱量消耗于把溶液加熱至沸點(diǎn)。反之，則溶液過熱而閃發(fā)出一部分二次蒸汽。從上式中可以看出，蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力與傳熱系數(shù)、加熱面積、有效溫差成正比。而一套已經(jīng)設(shè)計(jì)成型的真空制鹽蒸發(fā)系統(tǒng)，其加熱面積和有效溫差已經(jīng)設(shè)計(jì)定型。若要發(fā)揮蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力主要和傳熱系數(shù)有關(guān)[1]。傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式如下（公式略）。

如果加熱管上存在結(jié)垢，對(duì)傳熱系數(shù)影響多大呢？以江蘇井神鹽化股份有限公司I組罐真空制鹽系統(tǒng)工藝參數(shù)為例，如果結(jié)有石膏垢層，厚度為0.5毫米，則K1=2100（千卡/米2•小時(shí)•℃），加熱蒸汽溫度T=143.4℃有效溫度差Δt=12.4℃石膏的傳熱系數(shù)為0.6（千卡/米2•小時(shí)•℃）計(jì)算公式略。僅僅結(jié)了0.5毫米的石膏垢，就使K值下降了的63.6%，即蒸發(fā)罐的生產(chǎn)能力下降了63.6%。垢層的存在大大降低了傳熱系數(shù)，增加了傳熱阻力[1]。所以它是影響傳熱系數(shù)K值的主要因素。從正常生產(chǎn)看，垢層的產(chǎn)生不僅大大影響傳熱效果，而且由于結(jié)垢將迫使生產(chǎn)停產(chǎn)清洗除垢，使有效生產(chǎn)時(shí)間大大縮短，生產(chǎn)能力不能充分發(fā)揮，浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。因此，防止加熱管結(jié)垢是真空制鹽生產(chǎn)主要關(guān)注的問題。

2防止生產(chǎn)結(jié)垢的措施

2.1鹵水預(yù)先凈化處理

鹵水中含有大量的雜質(zhì)，如果沒有凈化的鹵水進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，會(huì)加速系統(tǒng)結(jié)垢的形成。通過鹵水凈化的方法除去鹵水中有害雜質(zhì)，可以防止蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)垢，提高食鹽的質(zhì)量，提高生產(chǎn)強(qiáng)度，延長生產(chǎn)周期。因此，在真空制鹽生產(chǎn)中，鹵水凈化處理是極其重要的一環(huán)[2]。目前我們經(jīng)常采用的鹵水凈化方法有下面幾種。

2.1.1石灰一純堿法

此法的優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟，設(shè)備簡單，除去率高。一般鎂除去率可達(dá)97％，鈣除去率達(dá)98％。對(duì)于鎂含量低的鹵水可不用石灰而采用純堿法。

MgSO4+Ca（OH）2→Mg(OH)2↓+CaSO4

MgCl2+Ca（OH）2→Mg(OH)2↓+CaCl2

CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4

CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl

若同時(shí)加入兩種藥劑，則反應(yīng)按下列各式進(jìn)行：

CaO+H2O→Ca（OH）2

Ca（OH）2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH

MgSO4+2NaOH→Mg(OH)2↓+Na2SO4

CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4

按照以上反應(yīng)計(jì)算所得的結(jié)果均一樣，與石灰，純堿的加入次序無關(guān)。

2.1.2石灰———芒硝———碳化法

對(duì)于含MgCl2，MgSO4，CaSO4，CaCl2的鹵水，采用此法甚為合理，可用最少的純堿而保證凈化良好。國外亦有采用此法于工業(yè)生產(chǎn)的。此法的基礎(chǔ)在于石灰和芒硝反應(yīng)而生成NaOH，NaOH與煙道氣反應(yīng)而生成Na2CO3，Na2CO3再與Ca2+作用生成難溶物質(zhì)CaCO3。反應(yīng)分兩步進(jìn)行。

第一步

MgCl2+Ca（OH）2→Mg(OH)2↓+CaCl2

CaCl2+Na2SO4→CaSO4+2NaCl

MgSO4+Ca（OH）2→Mg(OH)2↓+CaSO4

Ca（OH）2+Na2SO4→2NaOH+CaSO4

第二步

2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O

CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4

反應(yīng)中所得沉淀是Mg(OH)2、CaCO3和CaSO4，而溶液中所得生成物是NaCl和Na2SO4，因此，制鹽母液可回頭使用，利用其中芒硝。CaSO4在NaCl和Na2SO4溶液中的溶解度大大降低，第一步反應(yīng)生成的CaSO4基本沉淀析出。

2.1.3純堿———燒堿

此法可凈化鹵水中的Ca2+、Mg2+，凈化后的鹵水作為鹽硝聯(lián)產(chǎn)的原料。其反應(yīng)如下：

2NaOH+MgSO4→Mg(OH)2↓+2Na2SO4

NaCO3+CaSO4→CaCO3↓+Na2SO4

采用該法凈化鹵水，流程簡單，但須使用或配套鹽硝聯(lián)產(chǎn)的生產(chǎn)工藝。

2.1.4燒堿———純堿———氯化鋇法

此法適用于含Ca2+，Mg2+和SO42-的鹵水，所精制的鹵水雜質(zhì)甚少，可供要求很高的食用鹽及工業(yè)用鹽，其反應(yīng)如下：

MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl

FeCl3+3NaOH→Fe(OH)3↓+3NaCl

CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4

CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl

Na2SO4+BaCl2→BaSO4↓+2NaCl

反應(yīng)結(jié)果，鹵水中雜質(zhì)基本除去，并增加鹵水中NaCl含量。此種鹵水用于蒸發(fā)極為理想，對(duì)防止結(jié)垢，減少料液沸點(diǎn)上升，降低料液粘度，保證產(chǎn)品質(zhì)量均有重要作用。不過，此種精制法所用藥劑費(fèi)用昂貴，若全面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綜合利用，此法亦可采用。世界各地制鹽廠和化工廠亦有部分采用此法。

2.2生產(chǎn)操作控制

生產(chǎn)中嚴(yán)格執(zhí)行蒸發(fā)系統(tǒng)“五穩(wěn)定,一通暢”操作嚴(yán)訓(xùn)，“五穩(wěn)定,一通暢”是老一輩制鹽科技人員多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，是蒸發(fā)系統(tǒng)的操作原則。它是指在真空制鹽蒸發(fā)系統(tǒng)操作中要做到首效加熱蒸汽穩(wěn)定，末效真空度穩(wěn)定，各效液位穩(wěn)定，罐內(nèi)晶種（芒硝）含量穩(wěn)定，班產(chǎn)量穩(wěn)定，各效鹽腿排鹽通暢。蒸發(fā)系統(tǒng)操作不好會(huì)破壞生產(chǎn)正常穩(wěn)定運(yùn)行，使系統(tǒng)不斷惡化，從而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。保持首效壓力和末效真空度穩(wěn)定是正常生產(chǎn)的推動(dòng)力。保持各效液位穩(wěn)定可防止塊鹽垮塌和加熱管管內(nèi)沸騰，液位不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致排鹽不暢，加熱管堵管、結(jié)垢，換熱效果下降，設(shè)備故障等。晶種含量穩(wěn)定可防止晶種的析出和在加熱管管壁的附著，提高鹽品質(zhì)量。班產(chǎn)量穩(wěn)定其主要目的也是防止破壞整體效益。各效鹽腿排鹽通暢是排放蒸發(fā)系統(tǒng)中的塊鹽，防止塊鹽進(jìn)入循環(huán)管損壞循環(huán)泵和堵塞換熱管。因此，該操作方法是真空制鹽生產(chǎn)正常穩(wěn)定運(yùn)行的保證。

2.3嚴(yán)格控制蒸發(fā)罐液面高度

蒸發(fā)罐液面的高低是根據(jù)操作條件而定。過高、過低均會(huì)影響生產(chǎn)。真空制鹽多效蒸發(fā)中，存在各種溫度損失，其中有一項(xiàng)是靜壓溫度損失或稱短路溫度損失。當(dāng)液面太高時(shí)，加熱后料液進(jìn)入蒸發(fā)罐會(huì)受到上部過高液柱壓力而上升困難，增加短路機(jī)會(huì)，同時(shí)有部分已經(jīng)加熱的料液沒有經(jīng)過完全閃發(fā)就被吸入到循環(huán)管中而進(jìn)行第二次循環(huán)加熱，降低了有效溫差。液面太低則會(huì)出現(xiàn)靜壓頭壓不住加熱管內(nèi)液體而沸騰的現(xiàn)象，造成“管內(nèi)沸騰”而使加熱管結(jié)垢和堵管，大大降低傳熱系數(shù)和速率。液面高度的確定一般以不使加熱管內(nèi)料液沸騰為標(biāo)準(zhǔn)。鹵水經(jīng)加熱室加熱后，溫度一般升高約3oC左右，即高出其沸點(diǎn)3oC左右，為了不使料液沸騰，用料液液柱壓力將其壓住，這個(gè)液位高度可用下面公式計(jì)算得到：（略）。

2.4定期排放老鹵

洗鹽用過的老鹵一般廠家設(shè)計(jì)都用于加料。洗鹽老鹵中細(xì)小的NaCl顆粒對(duì)各效長鹽起到一定的晶核作用。但隨著生產(chǎn)時(shí)間的推移，母液中的Na2SO4、Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)含量都逐步升高。如果全部外排，顯然能耗極高，是一種浪費(fèi)。假如全部吸收，無疑加快加熱管垢層的形成。同時(shí)，在NaCl水溶液中，Na2SO4在17.9oC以上，CaSO4在42度以上具有逆溶性。隨著鹵水的不斷蒸發(fā)，Na2SO4在罐內(nèi)逐漸達(dá)到飽和，當(dāng)Na2SO4含量已達(dá)到飽和或過飽和的鹽漿循環(huán)進(jìn)入加熱室時(shí)，在加熱管內(nèi)升溫，Na2SO4逆溶解度性質(zhì)決定了在升溫過程中，Na2SO4會(huì)因過飽和而析出。在加熱管壁滯流層，由于流速較低，析出的部分Na2SO4穿過滯流層到達(dá)罐壁，就會(huì)附著在管壁上。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，Na2SO4不斷的穿過滯流層，到達(dá)罐壁，逐漸形成Na2SO4垢層。CaSO4結(jié)垢原理與Na2SO4及泵相同。CaSO4也是具有逆溶解度性質(zhì)。隨著溫度升高，其溶解度急劇下降。同時(shí)CaSO4垢的形成對(duì)NaCl垢的形成具有促進(jìn)作用。因此，料液中CaSO4的存在，直接又間接的加速了加熱管結(jié)垢和堵管的形成。

2.5選擇適宜的循環(huán)速度

由圓管內(nèi)強(qiáng)制循環(huán)管壁與鹵水之間的給熱系數(shù)公式：（略）。由此可知：加熱管內(nèi)壁的傳熱膜系數(shù)a與流速V的0.8次方成正比。V值越大，則a值越大[3]。因此，提高管內(nèi)鹵水流速，則可提高加熱管內(nèi)傳熱膜系數(shù)。加熱管內(nèi)的鹵水流速太小，傳熱系數(shù)低，摩擦沖刷力小，管內(nèi)壁易結(jié)垢。流速太大，動(dòng)力消耗大，加熱管磨損加劇，而且當(dāng)流速超過一定值后，對(duì)傳熱系數(shù)也并無多大影響。通過多年來經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，循環(huán)速度一般在（1.8～2.5）m/s為宜。

3結(jié)束語

由于加熱管的結(jié)垢，降低的換熱效果，影響了鹽產(chǎn)量，縮短了有效生產(chǎn)周期。頻繁的停車刷罐，也造成了大量鹽鹵的倒罐外排浪費(fèi)，能源消耗增加。在真空制鹽技術(shù)日益成熟的今天，制鹽生產(chǎn)中防垢的措施將越來越完善。通過這些措施的實(shí)施，將為企業(yè)降本增效、獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益起到積極作用。