谈卤水制盐防垢措施
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本文作者：徐飞作者单位：天津科技大学
多年来，真空制盐生产工艺已经比较成熟。然而，真空制盐生产周期比较短，一直困扰着制盐行业。目前制盐行业的生产周期一般在30天左右，其主要原因为加热管结垢导致换热效果严重下降，主要表现为有效温差急剧下降，班产量明显降低，单位成本显著上升。每次到期的停产调整需要消耗大量的人力、物力和财力。随着能源的日益紧张，各种能源、物资价格一路飙升，这就使得制盐企业的生产成本大幅增加。在这种形势下，制盐企业谋求发展，提高企业的核心竞争力，就必须在不断探索和挖掘装置、设备的能源利用率上多下功夫。因此，采取有效的防垢措施，对企业进一步挖潜增效、提高能源利用率，降低生产成本、提高市场竞争力都有很重要的意义。
1垢层影响情况分析
蒸发系统的生产能力是以单位时间内罐内溶液中蒸发的水份量W来表示的。蒸发水份量W所需热量Q是通过加热室的传热面传给溶液来获得的。
Q=K•F•Δt=W（i-t）
W=（K•F•Δt）（/i-t）
式中：W—蒸发水量
F—传热面积
K=传热系数
Δt—有效温差
i—二次蒸汽的热焓
t—溶液沸腾温度
上式表示当加入料液温度与罐内溶液沸腾温度相等时，二次蒸汽的量才能真正的表示蒸发系统的生产能力。若加入料液温度低于溶液沸腾温度，则将有一部分热量消耗于把溶液加热至沸点。反之，则溶液过热而闪发出一部分二次蒸汽。从上式中可以看出，蒸发系统的生产能力与传热系数、加热面积、有效温差成正比。而一套已经设计成型的真空制盐蒸发系统，其加热面积和有效温差已经设计定型。若要发挥蒸发系统的生产能力主要和传热系数有关[1]。传热系数K的计算公式如下（公式略）。
如果加热管上存在结垢，对传热系数影响多大呢？以江苏井神盐化股份有限公司I组罐真空制盐系统工艺参数为例，如果结有石膏垢层，厚度为0.5毫米，则K1=2100（千卡/米2•小时•℃），加热蒸汽温度T=143.4℃有效温度差Δt=12.4℃石膏的传热系数为0.6（千卡/米2•小时•℃）计算公式略。仅仅结了0.5毫米的石膏垢，就使K值下降了的63.6%，即蒸发罐的生产能力下降了63.6%。垢层的存在大大降低了传热系数，增加了传热阻力[1]。所以它是影响传热系数K值的主要因素。从正常生产看，垢层的产生不仅大大影响传热效果，而且由于结垢将迫使生产停产清洗除垢，使有效生产时间大大缩短，生产能力不能充分发挥，浪费大量的人力、物力和财力。因此，防止加热管结垢是真空制盐生产主要关注的问题。
2防止生产结垢的措施
2.1卤水预先净化处理
卤水中含有大量的杂质，如果没有净化的卤水进入蒸发系统，会加速系统结垢的形成。通过卤水净化的方法除去卤水中有害杂质，可以防止蒸发系统结垢，提高食盐的质量，提高生产强度，延长生产周期。因此，在真空制盐生产中，卤水净化处理是极其重要的一环[2]。目前我们经常采用的卤水净化方法有下面几种。
2.1.1石灰一纯碱法
此法的优点是工艺成熟，设备简单，除去率高。一般镁除去率可达97％，钙除去率达98％。对于镁含量低的卤水可不用石灰而采用纯碱法。
MgSO4+Ca（OH）2→Mg(OH)2↓+CaSO4
MgCl2+Ca（OH）2→Mg(OH)2↓+CaCl2
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
若同时加入两种药剂，则反应按下列各式进行：
CaO+H2O→Ca（OH）2
Ca（OH）2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH
MgSO4+2NaOH→Mg(OH)2↓+Na2SO4
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
按照以上反应计算所得的结果均一样，与石灰，纯碱的加入次序无关。
2.1.2石灰———芒硝———碳化法
对于含MgCl2，MgSO4，CaSO4，CaCl2的卤水，采用此法甚为合理，可用最少的纯碱而保证净化良好。国外亦有采用此法于工业生产的。此法的基础在于石灰和芒硝反应而生成NaOH，NaOH与烟道气反应而生成Na2CO3，Na2CO3再与Ca2+作用生成难溶物质CaCO3。反应分两步进行。
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
反应中所得沉淀是Mg(OH)2、CaCO3和CaSO4，而溶液中所得生成物是NaCl和Na2SO4，因此，制盐母液可回头使用，利用其中芒硝。CaSO4在NaCl和Na2SO4溶液中的溶解度大大降低，第一步反应生成的CaSO4基本沉淀析出。
2.1.3纯碱———烧碱
此法可净化卤水中的Ca2+、Mg2+，净化后的卤水作为盐硝联产的原料。其反应如下：
2NaOH+MgSO4→Mg(OH)2↓+2Na2SO4
NaCO3+CaSO4→CaCO3↓+Na2SO4
采用该法净化卤水，流程简单，但须使用或配套盐硝联产的生产工艺。
2.1.4烧碱———纯碱———氯化钡法
此法适用于含Ca2+，Mg2+和SO42-的卤水，所精制的卤水杂质甚少，可供要求很高的食用盐及工业用盐，其反应如下：
MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl
FeCl3+3NaOH→Fe(OH)3↓+3NaCl
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
Na2SO4+BaCl2→BaSO4↓+2NaCl
反应结果，卤水中杂质基本除去，并增加卤水中NaCl含量。此种卤水用于蒸发极为理想，对防止结垢，减少料液沸点上升，降低料液粘度，保证产品质量均有重要作用。不过，此种精制法所用药剂费用昂贵，若全面实现产品综合利用，此法亦可采用。世界各地制盐厂和化工厂亦有部分采用此法。
2.2生产操作控制
生产中严格执行蒸发系统“五稳定,一通畅”操作严训，“五稳定,一通畅”是老一辈制盐科技人员多年的经验总结，是蒸发系统的操作原则。它是指在真空制盐蒸发系统操作中要做到首效加热蒸汽稳定，末效真空度稳定，各效液位稳定，罐内晶种（芒硝）含量稳定，班产量稳定，各效盐腿排盐通畅。蒸发系统操作不好会破坏生产正常稳定运行，使系统不断恶化，从而导致生产中断。保持首效压力和末效真空度稳定是正常生产的推动力。保持各效液位稳定可防止块盐垮塌和加热管管内沸腾，液位不稳定会导致排盐不畅，加热管堵管、结垢，换热效果下降，设备故障等。晶种含量稳定可防止晶种的析出和在加热管管壁的附着，提高盐品质量。班产量稳定其主要目的也是防止破坏整体效益。各效盐腿排盐通畅是排放蒸发系统中的块盐，防止块盐进入循环管损坏循环泵和堵塞换热管。因此，该操作方法是真空制盐生产正常稳定运行的保证。
2.3严格控制蒸发罐液面高度
蒸发罐液面的高低是根据操作条件而定。过高、过低均会影响生产。真空制盐多效蒸发中，存在各种温度损失，其中有一项是静压温度损失或称短路温度损失。当液面太高时，加热后料液进入蒸发罐会受到上部过高液柱压力而上升困难，增加短路机会，同时有部分已经加热的料液没有经过完全闪发就被吸入到循环管中而进行第二次循环加热，降低了有效温差。液面太低则会出现静压头压不住加热管内液体而沸腾的现象，造成“管内沸腾”而使加热管结垢和堵管，大大降低传热系数和速率。液面高度的确定一般以不使加热管内料液沸腾为标准。卤水经加热室加热后，温度一般升高约3oC左右，即高出其沸点3oC左右，为了不使料液沸腾，用料液液柱压力将其压住，这个液位高度可用下面公式计算得到：（略）。
2.4定期排放老卤
洗盐用过的老卤一般厂家设计都用于加料。洗盐老卤中细小的NaCl颗粒对各效长盐起到一定的晶核作用。但随着生产时间的推移，母液中的Na2SO4、Ca2+、Mg2+等杂质含量都逐步升高。如果全部外排，显然能耗极高，是一种浪费。假如全部吸收，无疑加快加热管垢层的形成。同时，在NaCl水溶液中，Na2SO4在17.9oC以上，CaSO4在42度以上具有逆溶性。随着卤水的不断蒸发，Na2SO4在罐内逐渐达到饱和，当Na2SO4含量已达到饱和或过饱和的盐浆循环进入加热室时，在加热管内升温，Na2SO4逆溶解度性质决定了在升温过程中，Na2SO4会因过饱和而析出。在加热管壁滞流层，由于流速较低，析出的部分Na2SO4穿过滞流层到达罐壁，就会附着在管壁上。随着生产的进行，Na2SO4不断的穿过滞流层，到达罐壁，逐渐形成Na2SO4垢层。CaSO4结垢原理与Na2SO4及泵相同。CaSO4也是具有逆溶解度性质。随着温度升高，其溶解度急剧下降。同时CaSO4垢的形成对NaCl垢的形成具有促进作用。因此，料液中CaSO4的存在，直接又间接的加速了加热管结垢和堵管的形成。
2.5选择适宜的循环速度
由圆管内强制循环管壁与卤水之间的给热系数公式：（略）。由此可知：加热管内壁的传热膜系数a与流速V的0.8次方成正比。V值越大，则a值越大[3]。因此，提高管内卤水流速，则可提高加热管内传热膜系数。加热管内的卤水流速太小，传热系数低，摩擦冲刷力小，管内壁易结垢。流速太大，动力消耗大，加热管磨损加剧，而且当流速超过一定值后，对传热系数也并无多大影响。通过多年来经验认为，循环速度一般在（1.8～2.5）m/s为宜。
3结束语
由于加热管的结垢，降低的换热效果，影响了盐产量，缩短了有效生产周期。频繁的停车刷罐，也造成了大量盐卤的倒罐外排浪费，能源消耗增加。在真空制盐技术日益成熟的今天，制盐生产中防垢的措施将越来越完善。通过这些措施的实施，将为企业降本增效、获得最大的经济效益和社会效益起到积极作用。
