真空制盐结晶机理及控制_葛永喜

第32卷2001年第2期3

月

中国井矿盐CHINAWELLANDROCKSALT

Vol.32,No.2March2001

真空制盐结晶机理及控制

葛永喜

(江苏淮安井神盐电厂,江苏淮安

223200)

摘要:提高盐产品的纯度和粒度是相互关联的,也是制盐企业追求的,文章从结晶的机理着手,从

设计和操作两方面阐述如何控制盐品粒度。

关键词:真空制盐;结晶;粒度;生长中图分类号:TS3文献标识码:A文章编号:1001-0335(2001)02-0013-03

MechanismandControlofCrystallizingintheVacuumSalt

GEYong-xi

(HuaianJingshenSaltPlant,Jiangsu223200)

Abstract:Thepurityandgranularityofthesaltproductisrelativeanditalsoimportanttothesaltenterprise.Thispaperexpatiatesthecontrolofgranularityaccordingdesignandopera-tion.

Keywords:Vacuumsalt;Crystallized;Granularity;Growth

11.1

结晶的机理

溶解度与溶液的过饱和度

结晶是从溶液中析出固体的过程,固体在溶液

中的溶解度与确定结晶过程相关,溶液的过饱和度

是工艺结晶的主要推动力。

结晶过程的产量决定了结晶固体与其溶液之间的相平衡关系,通常用溶解度来表示这种平衡关系。溶液浓度恰好等于溶质的溶解度,即达到液固相平衡状态时,称为饱和溶度,溶液含有超过饱和量的溶质,则称为过饱和溶液,将一个完全纯净的溶液在不受任何扰动和刺激条件下,徐徐冷却,就可见得到过饱和溶液,但超过一定限度后,澄清的过饱和溶液就会开始析出晶核,通常称这种不稳定的状态区段为“不稳区”,标志溶液过饱和而发生晶核的极限浓度竖线称为超溶解度曲线,溶解度平衡曲线与超溶解度曲线之间区域为结晶的介稳区,在介稳区的溶液不会自发成核,图1划出了这几个区域。在一个特定的物系上存在一根明确的溶解度曲线AB,而在工业结晶器中,溶液中的悬浮物大小和多少,搅拌的强弱等多种因素影响,超溶解度曲线为

图1

溶液溶解度曲线图

CD下的一簇曲线C'D',图中E点表示一个欲结晶

的物系,真空制盐采用真空蒸发结晶,所经路径为E-F-G。

工业结晶过程要避免自发成核,才能保证得到平均粒度大的结晶产品,只有尽量控制在介稳区内结晶才能达到这个目的。

溶液的过饱和度是析出结晶的推动力,是决定结晶成核及成长速率的关键因素,溶液的过饱和度一般用温度差来表示。

ΔC=C-C′

作者简介:葛永喜(1966-),男,江苏淮安人,淮安井神盐电厂副总工程师,工学学士。

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式中ΔC、C、C′分别表示溶度的过饱和度、过饱和浓度、饱和浓度。1.21.2.1

结晶的形成与增长晶核

在饱和溶液中新生成的结晶微粒称为晶核。晶核形成模式分无晶体存在下的成核(初级成核)与有晶体存在下的成核(二次成核),在工业结晶过程中除超微粒子制造外一般二次成核被控制为晶核主要来源。

初次成核是指在完全清净的饱和溶液中,由于分子、原子或离子构成运动单元,互相撞碰结合成晶胚线体,晶胚可逆地解离或生长,当生长到足够大,能与溶液建立热力学平衡时,就可称之为晶核,初见成核在工业结晶器中条件较少,在真空制盐中只有当过饱和度大而料液中晶核太少时才会发生。二次成核主要有流体剪应力成核和接触成核,剪应力成核指当饱和溶液以较大的流速流过正在生长的晶体表面时,在流体边界层存在剪应力,能将一些附着在晶体元的粒子扫落,而成为新的晶核,接触成核是指当晶体与其它固体物接触时由于撞击所产生的晶体表面的碎粒成核,此外还有晶体与晶体之间碰撞成核,晶体与罐壁撞击成核以及晶体与泵叶撞击成核等等。

二次成核是结晶器主要成核机理,由于产品要求具有指定的粒度分布,而二次成核是决定粒度分布的关键因素之一,所以控制二次成核速率是实际工业结晶过程最重要的操作要点。为了获得足够大的主粒度产品,应注意维持结晶母液稳定的过饱和度,而且不宜过高,应尽量降低外部能量的输入,必要时可使用细晶消除的措施。1.2.2结晶成长

一旦晶核在溶液中生成,溶质分子或离子会继续一层层排列上去形成晶粒,这就是结晶成长。结晶成长第一步是溶质扩散,即待结晶的溶质借扩散穿过靠晶体表面的一个静止液层,由溶液中转移至晶体表面,第二步为表面反应,即到达晶体表面的溶质嵌入晶面,使晶体长大,结晶的成长速度与这两步都有关系,但与晶粒的初始粒度无关。

NaCl的晶体生长速度与溶液的过饱和度关系如图2:在50℃以上,结晶生长速度与过饱和度成直线关系,为扩散过程控制,反应速度快而扩散过程较

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图2

NaCl的晶体生长速度与溶液的过饱和度关系

慢,因此对于表面反应结晶的控制可用提高温度增

加反应速度,对于扩散控制的生长可以增大晶体表面的流速以增加扩散速度,也可以提高NaCl晶体成长速度,所以在较高的结晶温度区域内,可使相对盐结晶避开成核区,缩短结晶过程,从而增大NaCl结晶粒度。

晶体粒度取决于晶体生长速度和生长时间,在一定生产强度下,盐晶体的粒度大小,主要是结晶过程以生长为主,避免以成核为主。22.1

真空制盐的结晶控制

设计控制,强制循环蒸发结晶器的产品粒度

的基本控制是由设计者选择循环系统与主体设备体积来实现的。2.1.1采取小加热室,大蒸发罐配置,维持低过热度与长停留时间

传统的国内真空制盐装置设计规模余量较大,实际生产能力可超50%,主要是加热室余量太大,而这结果又导致料液进蒸发罐过热度大,蒸发罐内蒸发剧烈,料液过饱和度大,搅动剧烈,致使结晶细小,采取小加热室与大蒸发罐配置,可以缓解这一矛盾,控制料液过饱和度在1-2g/l,料液停留时间更长,结晶环境平稳,有利于结晶成长。

江苏某真空制盐厂去年新上工程中,与同类装置相同规格的蒸发罐,只匹配了不到常规2/3大的过热

室,即节约了投资,又有效地保证了产品的粒度。2.1.2

用逆循环蒸发罐取代传统的正循环罐型逆循环蒸发罐型式如图3。

2.1.4分效排盐取代转料排盐,简化工艺,减少泵的机械破碎

从目前国内蒸发罐型式看,单效生产也能满足粗粒盐的生产,事实证明四效蒸发,顺流排盐的工艺产出的盐反不如每个效取出的盐好。为此,采用盐足淘洗,分效排盐对提高整体产量和提高盐晶粒度是一个好措施,同时对于这样取出的浓盐浆由于颗粒较好,已在盐足淘洗,可以减少部分甚至全部洗盐环节,减少泵的机械效率,一般厂从蒸发罐中取出盐浆到送至离心机需3台离心泵,湖北应城某厂采用以上工艺改造只需一台离心泵,三个268m的加热室三效生产年产达11万吨,颗粒状况较好。2.2操作控制

图3

逆循环蒸发罐型式图

2

如前所说为了获得粒度分布好、纯度高的盐产品,对于真空制盐企业来说,工艺及设备的设计至关重要,在操作控制上也有很多学问。2.2.1平稳控制结晶温度、压力、进料及晶浆出料速度以及液面、固液比等,以保证结晶过程的过饱和度稳定在介稳区内操作,以防大量的二次及初级成核。

2.2.2维持结晶器内适当的固液比

这要针对不同的设计罐型及其它参数进行摸索,固液比提高,会使成核减少与生长增加,并延长晶粒停留时间,使产品粒度增大。但固液比太高,又会增加碰撞成核机会,并且料液粘度增大也不利于粗料长大。江苏某厂在1998年掌握好该控制方法,盐质上升的同时,产量提高约20%。2.2.3保持一定的首效进汽压力

目前很多企业对首效进汽压力控制得较低,一是认为高压力,低真空,不节能;二是设备腐蚀加剧,但是对NaCl …… 此处隐藏：2647字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……