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本文作者：徐飛作者單位：天津科技大學

多年來，真空制鹽生產工藝已經比較成熟。然而，真空制鹽生產周期比較短，一直困擾著制鹽行業。目前制鹽行業的生產周期一般在30天左右，其主要原因為加熱管結垢導致換熱效果嚴重下降，主要表現為有效溫差急劇下降，班產量明顯降低，單位成本顯著上升。每次到期的停產調整需要消耗大量的人力、物力和財力。隨著能源的日益緊張，各種能源、物資價格一路飆升，這就使得制鹽企業的生產成本大幅增加。在這種形勢下，制鹽企業謀求發展，提高企業的核心競爭力，就必須在不斷探索和挖掘裝置、設備的能源利用率上多下功夫。因此，采取有效的防垢措施，對企業進一步挖潛增效、提高能源利用率，降低生產成本、提高市場競爭力都有很重要的意義。

1垢層影響情況分析

蒸發系統的生產能力是以單位時間內罐內溶液中蒸發的水份量W來表示的。蒸發水份量W所需熱量Q是通過加熱室的傳熱面傳給溶液來獲得的。

Q=K•F•Δt=W（i-t）

W=（K•F•Δt）（/i-t）

式中：W—蒸發水量

F—傳熱面積

K=傳熱系數

Δt—有效溫差

i—二次蒸汽的熱焓

t—溶液沸騰溫度

上式表示當加入料液溫度與罐內溶液沸騰溫度相等時，二次蒸汽的量才能真正的表示蒸發系統的生產能力。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。反之，則溶液過熱而閃發出一部分二次蒸汽。從上式中可以看出，蒸發系統的生產能力與傳熱系數、加熱面積、有效溫差成正比。而一套已經設計成型的真空制鹽蒸發系統，其加熱面積和有效溫差已經設計定型。若要發揮蒸發系統的生產能力主要和傳熱系數有關[1]。傳熱系數K的計算公式如下（公式略）。

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

2防止生產結垢的措施

2.1鹵水預先凈化處理

鹵水中含有大量的雜質，如果沒有凈化的鹵水進入蒸發系統，會加速系統結垢的形成。通過鹵水凈化的方法除去鹵水中有害雜質，可以防止蒸發系統結垢，提高食鹽的質量，提高生產強度，延長生產周期。因此，在真空制鹽生產中，鹵水凈化處理是極其重要的一環[2]。目前我們經常采用的鹵水凈化方法有下面幾種。

2.1.1石灰一純堿法

此法的優點是工藝成熟，設備簡單，除去率高。一般鎂除去率可達97％，鈣除去率達98％。對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

若同時加入兩種藥劑，則反應按下列各式進行：

CaO+H2O→Ca（OH）2

Ca（OH）2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH

MgSO4+2NaOH→Mg(OH)2↓+Na2SO4

CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4

按照以上反應計算所得的結果均一樣，與石灰，純堿的加入次序無關。

2.1.2石灰———芒硝———碳化法

對于含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生產的。此法的基礎在于石灰和芒硝反應而生成NaOH，NaOH與煙道氣反應而生成Na2CO3，Na2CO3再與Ca2+作用生成難溶物質CaCO3。反應分兩步進行。

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產的原料。其反應如下：

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產的生產工藝。

2.1.4燒堿———純堿———氯化鋇法

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

MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl

FeCl3+3NaOH→Fe(OH)3↓+3NaCl

CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4

CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl

Na2SO4+BaCl2→BaSO4↓+2NaCl

反應結果，鹵水中雜質基本除去，并增加鹵水中NaCl含量。此種鹵水用于蒸發極為理想，對防止結垢，減少料液沸點上升，降低料液粘度，保證產品質量均有重要作用。不過，此種精制法所用藥劑費用昂貴，若全面實現產品綜合利用，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生產操作控制

生產中嚴格執行蒸發系統“五穩定,一通暢”操作嚴訓，“五穩定,一通暢”是老一輩制鹽科技人員多年的經驗總結，是蒸發系統的操作原則。它是指在真空制鹽蒸發系統操作中要做到首效加熱蒸汽穩定，末效真空度穩定，各效液位穩定，罐內晶種（芒硝）含量穩定，班產量穩定，各效鹽腿排鹽通暢。蒸發系統操作不好會破壞生產正常穩定運行，使系統不斷惡化，從而導致生產中斷。保持首效壓力和末效真空度穩定是正常生產的推動力。保持各效液位穩定可防止塊鹽垮塌和加熱管管內沸騰，液位不穩定會導致排鹽不暢，加熱管堵管、結垢，換熱效果下降，設備故障等。晶種含量穩定可防止晶種的析出和在加熱管管壁的附著，提高鹽品質量。班產量穩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系統中的塊鹽，防止塊鹽進入循環管損壞循環泵和堵塞換熱管。因此，該操作方法是真空制鹽生產正常穩定運行的保證。

2.3嚴格控制蒸發罐液面高度

蒸發罐液面的高低是根據操作條件而定。過高、過低均會影響生產。真空制鹽多效蒸發中，存在各種溫度損失，其中有一項是靜壓溫度損失或稱短路溫度損失。當液面太高時，加熱后料液進入蒸發罐會受到上部過高液柱壓力而上升困難，增加短路機會，同時有部分已經加熱的料液沒有經過完全閃發就被吸入到循環管中而進行第二次循環加熱，降低了有效溫差。液面太低則會出現靜壓頭壓不住加熱管內液體而沸騰的現象，造成“管內沸騰”而使加熱管結垢和堵管，大大降低傳熱系數和速率。液面高度的確定一般以不使加熱管內料液沸騰為標準。鹵水經加熱室加熱后，溫度一般升高約3oC左右，即高出其沸點3oC左右，為了不使料液沸騰，用料液液柱壓力將其壓住，這個液位高度可用下面公式計算得到：（略）。

2.4定期排放老鹵

洗鹽用過的老鹵一般廠家設計都用于加料。洗鹽老鹵中細小的NaCl顆粒對各效長鹽起到一定的晶核作用。但隨著生產時間的推移，母液中的Na2SO4、Ca2+、Mg2+等雜質含量都逐步升高。如果全部外排，顯然能耗極高，是一種浪費。假如全部吸收，無疑加快加熱管垢層的形成。同時，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，Na2SO4在罐內逐漸達到飽和，當Na2SO4含量已達到飽和或過飽和的鹽漿循環進入加熱室時，在加熱管內升溫，Na2SO4逆溶解度性質決定了在升溫過程中，Na2SO4會因過飽和而析出。在加熱管壁滯流層，由于流速較低，析出的部分Na2SO4穿過滯流層到達罐壁，就會附著在管壁上。隨著生產的進行，Na2SO4不斷的穿過滯流層，到達罐壁，逐漸形成Na2SO4垢層。CaSO4結垢原理與Na2SO4及泵相同。CaSO4也是具有逆溶解度性質。隨著溫度升高，其溶解度急劇下降。同時CaSO4垢的形成對NaCl垢的形成具有促進作用。因此，料液中CaSO4的存在，直接又間接的加速了加熱管結垢和堵管的形成。

2.5選擇適宜的循環速度

由圓管內強制循環管壁與鹵水之間的給熱系數公式：（略）。由此可知：加熱管內壁的傳熱膜系數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，提高管內鹵水流速，則可提高加熱管內傳熱膜系數。加熱管內的鹵水流速太小，傳熱系數低，摩擦沖刷力小，管內壁易結垢。流速太大，動力消耗大，加熱管磨損加劇，而且當流速超過一定值后，對傳熱系數也并無多大影響。通過多年來經驗認為，循環速度一般在（1.8～2.5）m/s為宜。

3結束語

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