毛焱明，緱可貞

（宜賓天原集團(tuán)股份有限公司，四川 宜賓 644004）

非蒸發(fā)流程制取元明粉的工藝探索

毛焱明，緱可貞

（宜賓天原集團(tuán)股份有限公司，四川 宜賓 644004）

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試開發(fā)的非蒸發(fā)流程制取元明粉的運(yùn)行裝置，探索工藝設(shè)置中存在的問(wèn)題及采取的應(yīng)對(duì)措施，確定最佳運(yùn)行參數(shù)。

非蒸發(fā)流程；元明粉；生產(chǎn)工藝

在氯堿生產(chǎn)中，使用離子膜法電解裝置，從電解槽陽(yáng)極室出來(lái)的淡鹽水經(jīng)過(guò)脫氯處理后的溶液，稱為脫氯淡鹽水[1，2]。脫氯淡鹽水中一般含有硫酸鈉，其含量高低決定離子膜的使用壽命及電耗。由于鹽水中的硫酸根含量長(zhǎng)期超標(biāo)會(huì)對(duì)離子膜造成物理性損傷，導(dǎo)致電流效率下降、膜電阻和電耗升高，在精制鹽水中要求硫酸根質(zhì)量濃度低于7 g/L。目前常見的脫硝方法主要有化學(xué)沉淀法和膜分離法，而膜分離法基于其自身物理分離方法的優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用前景較好的方法[3~5]。經(jīng)過(guò)膜分離處理后，得到的十水硫酸鈉（即芒硝），一般直接低價(jià)銷售，或集中堆放或高溫蒸發(fā)得到無(wú)水硫酸鈉。

海豐和銳有限公司配有2套膜法濃縮、冷凍除硝工藝，每年生產(chǎn)十水硫酸鈉約2萬(wàn)t，由于公司地處偏僻，十水硫酸鈉銷售困難，并且外賣運(yùn)輸成本高，如果采用蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，投資高、能耗高、利潤(rùn)低。為了挖潛增效，提高資源綜合利用率，通過(guò)充分分析硫酸鈉的特性，專門開發(fā)設(shè)計(jì)1套熱法制硝裝置 （該裝置是將十水硫酸鈉加熱脫水后變?yōu)闊o(wú)水硫酸鈉，俗名無(wú)水芒硝、元明粉），采用非蒸發(fā)工藝，將十水硫酸鈉加熱到33℃以上，讓硫酸鈉晶體析出，最終干燥制得元明粉。

采用非蒸發(fā)流程將十水硫酸鈉轉(zhuǎn)化為元明粉[6]，可用于制硫化鈉、紙漿、玻璃、水玻璃、瓷釉，并用作緩瀉劑和鋇鹽中毒的解毒劑等，具有較高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。提高公司抗衡市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)能力，同時(shí)延伸公司產(chǎn)業(yè)鏈，提高公司綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

1　非蒸發(fā)流程制取元明粉生產(chǎn)工藝開發(fā)

1.1工作原理

十水硫酸鈉在32.8℃時(shí)融溶后產(chǎn)生晶形轉(zhuǎn)變，利用這個(gè)特點(diǎn)將通過(guò)離心機(jī)得到的十水硫酸鈉用蒸汽加熱融溶后的硫酸鈉再通過(guò)離心機(jī)得到成品元明粉。

1.2工藝流程描述

將脫氯淡鹽水通過(guò)一、二級(jí)預(yù)冷板換調(diào)節(jié)溫度后加入亞硫酸鈉調(diào)節(jié)氧化還原電位，加入鹽酸調(diào)節(jié)pH值后再通過(guò)膜系統(tǒng)進(jìn)行分離，分離后的低硝鹽水含微量硫酸鈉，經(jīng)一級(jí)鈦板換熱器預(yù)熱后回到化鹽系統(tǒng)，膜分離后的濃硝鹽水通過(guò)冷凍使硫酸鈉過(guò)飽和結(jié)晶析出，離心后得到的十水硫酸鈉晶體進(jìn)入芒硝槽，通過(guò)管道泵循環(huán)加熱熔融，底部的硫酸鈉晶體通過(guò)結(jié)晶體輸送泵輸送到熱硝槽，待沉降一段時(shí)間后通過(guò)離心機(jī)離心，離心后得到產(chǎn)品無(wú)水硫酸鈉；離心后的硫酸鈉飽和母溶液進(jìn)入冷凍除硝工藝的沉硝槽，重新制取十水硫酸鈉。具體實(shí)施步驟如下。

（1）先在芒硝槽加入一線濃水到上循環(huán)口處，經(jīng)管道泵通過(guò)加熱器加熱循環(huán)，將芒硝槽溫度控制在45℃左右；

（2）將離心后的十水硫酸鈉緩慢加到芒硝槽，要保證芒硝槽不滿出且液位保證在循環(huán)口上方，繼續(xù)將芒硝槽內(nèi)混合物循環(huán)加熱到45℃；

（3）當(dāng)十水硫酸鈉全部熔融且溫度控制在45℃左右后經(jīng)結(jié)晶體輸送泵將循環(huán)液輸送到熱硝槽內(nèi)，沉降時(shí)間約為10～30 min，啟動(dòng)離心機(jī)離心處理后得到無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品；

（4）離心后的母液進(jìn)入冷凍除硝工藝的沉硝槽，重新制取十水硫酸鈉。

工藝簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1　非蒸發(fā)流程制取元明粉工藝流程簡(jiǎn)圖

1.3運(yùn)行參數(shù)的摸索

對(duì)于運(yùn)行溫度的控制，通過(guò)查找資料，最終確定了2個(gè)溫度控制點(diǎn)試驗(yàn)。

（1）將溫度控制在35~45℃；

（2）將溫度控制在70~80℃。

通過(guò)生產(chǎn)工藝對(duì)比，將溫度控制在70~80℃存在很多弊端，一是能耗較高；二是在高溫下，此工藝的液體進(jìn)入沉硝槽，容易產(chǎn)生含有不同結(jié)晶水的硫酸鈉結(jié)晶物，導(dǎo)致沉硝槽堵塞。而將溫度控制在35~45℃時(shí)，所得元明粉能夠達(dá)到使用要求，且能耗很低。

1.4運(yùn)行狀況分析

非蒸發(fā)流程工業(yè)化裝置于2015年9月投入生產(chǎn)運(yùn)行，得到的產(chǎn)品也可以達(dá)到GB/T6009-2014的Ⅲ類一等品的要求（含水除外），元明粉產(chǎn)品現(xiàn)在外售處理，可達(dá)到廠家使用要求，所得產(chǎn)品指標(biāo)分析如下。

表1　無(wú)水硫酸鈉分析結(jié)果

1.5運(yùn)行中存在的問(wèn)題

這套新開發(fā)的工藝產(chǎn)出的元明粉雖然能夠達(dá)到GB/T6009-2014的Ⅲ類一等品的要求，在運(yùn)行過(guò)程中一直不順暢，存在著諸多缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）高硝鹽水循環(huán)泵進(jìn)出口堵塞嚴(yán)重

通過(guò)近半年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)高硝鹽水循環(huán)泵進(jìn)出口經(jīng)常發(fā)生堵塞，每個(gè)班最少出現(xiàn)1次，有時(shí)候一個(gè)班甚至出現(xiàn)兩三次堵塞現(xiàn)象。

（2）高硝鹽水換熱器堵塞嚴(yán)重

由于換熱器利舊的螺旋板換熱器，換熱面積60 m2，物料在換熱器內(nèi)流速特別慢，導(dǎo)致?lián)Q熱器也經(jīng)常發(fā)生堵塞現(xiàn)象，基本兩三天堵塞一次。

（3）離心機(jī)經(jīng)常發(fā)生故障

使用普通工業(yè)水清洗離心機(jī)，導(dǎo)致硫酸鈉在轉(zhuǎn)鼓上結(jié)垢嚴(yán)重，轉(zhuǎn)鼓重心發(fā)生偏移，設(shè)備故障頻繁。

（4）晶體晶粒太小

晶體晶粒太小，有時(shí)物料中明顯有結(jié)晶物，但離心分離就是出來(lái)的物料太少，是硫酸鈉晶體回收率不高的原因之一。

2　改進(jìn)措施

2.1高硝鹽水循環(huán)泵進(jìn)出口堵塞

針對(duì)高硝鹽水循環(huán)泵進(jìn)出口堵塞現(xiàn)象，一是改變?cè)O(shè)備布置，盡量縮短循環(huán)泵進(jìn)出口管線，特別是泵的進(jìn)口管線；二是增加自動(dòng)沖洗功能，保證定時(shí)沖洗（比如2~4 h沖洗1次）。

2.2換熱器堵塞

（1）更換換熱器形式，將螺旋板換熱器更改為列管式換熱器，方便清洗，不易結(jié)垢；

（2）增加自動(dòng)沖洗功能，保證定時(shí)沖洗（16~24 h沖洗1次）；

（3）選取合適的換熱面積，保證物料有比較大的流速。

2.3針對(duì)離心機(jī)故障

經(jīng)過(guò)與廠家交流，決定改用蒸汽冷凝水沖洗離心機(jī)，這樣可以最大程度避免硫酸鈉在轉(zhuǎn)鼓上結(jié)垢。此項(xiàng)改造已完成，結(jié)垢現(xiàn)象大為緩解。

2.4針對(duì)晶體晶粒太小

（1）改變循環(huán)泵的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)在采用的是普通離心泵，晶體顆粒循環(huán)過(guò)程中被打碎，如采用膜片泵等應(yīng)該可以減少這種現(xiàn)象；

（2）增加結(jié)晶槽容積，保證充足的結(jié)晶時(shí)間；

（3）改變濃硝水進(jìn)料方式，避免晶核過(guò)多。

3　經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

3.1經(jīng)濟(jì)效益

生產(chǎn)1 t元明粉的生產(chǎn)成本：

（1）原料費(fèi)用：1 t元明粉消耗2.375 t十水硫酸鈉，其堆放費(fèi)用80元/t，折合原料費(fèi)為80×2.375= 190（元）；

（2）燃料及動(dòng)力消耗：57.35元；

（3）制造費(fèi)用：31.91元；

每噸產(chǎn)品生產(chǎn)成本為57.35+31.91-190＝-100.74（元）；

元明粉銷售價(jià)格按100元/t計(jì)；

生產(chǎn)1 t元明粉的凈利潤(rùn)為100+100.74＝200.74（元）；

年利潤(rùn)為200.74×8 800＝176.651 2（萬(wàn)元）。

3.2社會(huì)效益

（1）通過(guò)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，符合國(guó)家化工行業(yè)環(huán)境友好型以及清潔生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。

（2）采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)十水硫酸鈉的集中處理，投產(chǎn)后將無(wú)污染物堆放，極大提高了副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

4　結(jié)語(yǔ)

宜賓海豐和銳有限公司自主開發(fā)的非蒸發(fā)流程制取元明粉的工藝具有投資少、能耗低、工藝流程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的缺陷也非常明顯，后期仍需要不斷優(yōu)化工藝流程及運(yùn)行參數(shù)。

[1]王煉翃.離子膜燒堿生產(chǎn)中淡鹽水脫氯.化工技術(shù)與開發(fā)，2007，05：48-51.

[2]王志勇.淡鹽水脫氯及鹽水精制工藝改進(jìn).氯堿工業(yè)，2009，02：13-15.

[3]郭占明，倪高國(guó)，殷杰.膜法除硝工藝改造.氯堿工業(yè)，2014，07：13-15.

[4]陳曉峰.膜法脫硝工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行研究.天津大學(xué)，2014.

[5]王欣榮.膜法除硝在離子膜燒堿裝置中的應(yīng)用.中國(guó)氯堿，2011，05：8-10.

[6]胡忠銘，尹健，劉靜，等.芒硝槽結(jié)構(gòu).四川：CN205011393U，2016-02-03.

Process exploration of sodium sulfate by non evaporation process

MAO Yan-ming，GOU Ke-zhen
（Yibin Tianyuan Group Co.,Ltd.,Yibin 644004，China）

According to the operation of the device non evaporation process laboratory developed the preparation of sodium sulfate，explore the existing problems in the process of setting and response measures，the optimal operation parameters.

non evaporation process；sodium sulfate；production process

TQ125.1+4

B

1009－1785(2016)11-0044-03

2016-05-30