張德強(qiáng)，譚高亮，張心祿，馬勤清

（天津長蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津300450）

1　前言

北方冬季低溫天氣較為常見，且近幾年最低溫度能達(dá)到-18℃左右，濃度較低的鹵水容易結(jié)冰，影響正常鹵水蒸發(fā)，不利于冬季制鹵，對冬季制鹵操作影響較大。

一般情況下，低溫對于制鹽正常生產(chǎn)是不利的；但在冬季氣溫較低的北方鹽場，低濃度鹵水上層結(jié)冰，使下層鹵水濃縮，可利用低溫凍結(jié)代替蒸發(fā)，進(jìn)行冰下抽咸。

2　試驗(yàn)原理[1～3]

鹵水在低溫條件下，由于淡水和濃海水的冰點(diǎn)不同，導(dǎo)致低溫下鹵水容易結(jié)冰分層，上層冰主要成分為淡水，下層未結(jié)冰的鹵水則進(jìn)行了濃縮，濃度有所提高，冰下抽咸的操作原理就是將結(jié)冰層下面的鹵水進(jìn)行分離，達(dá)到低溫溫條件下制取高濃度鹵水的目的，滿足正常生產(chǎn)需要。

試驗(yàn)以近十年海晶集團(tuán)制鹽場最低溫度和不同鹵水濃度的冰點(diǎn)為試驗(yàn)指導(dǎo)數(shù)據(jù)，分別見表1和表2，根據(jù)該數(shù)據(jù)設(shè)定試驗(yàn)所需溫度的范圍。

表1　近十年制鹽場最低氣溫

表2　不同鹵水濃度的冰點(diǎn)

通過小試試驗(yàn)研究溫度、鹵水濃度、鹵水深度以及冰凍時間對冬季制鹵的影響，得出適合冬季冰下抽咸的理論依據(jù)以及不同冰凍條件下鹵水結(jié)冰率(Cv)的變化，為下一步研究放大到實(shí)際生產(chǎn)中的可行性提供基礎(chǔ)條件，主要試驗(yàn)簡單流程如圖1所示。

圖1　冰下抽咸試驗(yàn)流程

冰凍條件下鹵水體積結(jié)冰率的計算公式為：

式子中CV——為體積結(jié)冰率

V1——結(jié)冰前鹵水體積（mL）

V2——結(jié)冰后鹵水體積（mL）

3　試驗(yàn)過程

試驗(yàn)采用海晶集團(tuán)制鹽場制鹵工區(qū)鹵水作為原料，對應(yīng)濃度為別為3oBé、4.5oBé、5oBé、5.5oBé、6.5 oBé、7.5 oBé、8 oBé、9oBé。將該濃度的鹵水分別在不同溫度、不同鹵水深度以及不同冰凍時間下進(jìn)行試驗(yàn)，得出上述因素對結(jié)冰率的影響以及冰下抽咸的效果，得到冰下抽咸的較佳條件。

試驗(yàn)過程在3月至7月份進(jìn)行，冰柜的溫度通過控制檔位進(jìn)行機(jī)械調(diào)節(jié)，每個檔位對應(yīng)有溫度范圍，調(diào)節(jié)的溫度會受到室內(nèi)環(huán)境影響有一定偏差，但屬于正常范圍內(nèi)溫度波動。

4　試驗(yàn)分析

通過調(diào)節(jié)可控溫度的冰柜，將不同濃度鹵水在不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，得出鹵水結(jié)冰情況表現(xiàn)出來的狀態(tài)不一樣，主要有不結(jié)冰、出現(xiàn)少量的冰、結(jié)冰以及大量結(jié)冰幾種情況，試驗(yàn)得到不同濃度鹵水的結(jié)冰情況見下表3。

表3　不同溫度下不同濃度的鹵水結(jié)冰情況

4.1鹵水深度、冰凍時間恒定，研究不同鹵水濃度在不同溫度下的鹵水濃縮效果以及冰下抽咸效果

試驗(yàn)采用2000mL的燒杯作為容器進(jìn)行試驗(yàn)，控制鹵水體積為1600mL(即深度恒定)、冰凍時間為22h。在該條件下得到不同濃度鹵水在不同溫度下的結(jié)冰率見表4，結(jié)冰分離的濃縮液濃度見表5。

表4　不同濃度鹵水在不同溫度下的結(jié)冰率

表5　不同濃度鹵水在不同溫度下結(jié)冰前后鹵水的濃度

由表4可繪制不同濃度下，隨著調(diào)節(jié)溫度的變化，結(jié)冰率與溫度之間的關(guān)系曲線如圖2。從圖2上可以看出，當(dāng)溫度控制在0℃至-4℃時，3oBé至9oBé的鹵水沒有出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到-6℃，3oBé鹵水才出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，且結(jié)冰量較少，當(dāng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)溫度在-6至-10℃時，3oBé至7.5oBé之間的鹵水結(jié)冰比較明顯，當(dāng)試驗(yàn)溫度繼續(xù)調(diào)低至-15℃時，3oBé至9oBé鹵水結(jié)冰都較明顯，低濃度鹵水甚至出現(xiàn)全部結(jié)冰現(xiàn)象，只在冰隙間夾帶少量鹵水。

圖2　不同鹵水濃度隨著溫度變化的結(jié)冰率關(guān)系

由表5可制得不同濃度下，隨著調(diào)節(jié)溫度的變化，結(jié)冰前后鹵水的濃度變化關(guān)系曲線如圖3。從圖上可以看出，控制溫度在0℃至-6℃，鹵水由于結(jié)冰少，鹵水濃度幾乎沒有提高，當(dāng)繼續(xù)調(diào)低試驗(yàn)溫度時，結(jié)冰量逐漸增大，下層未結(jié)冰鹵水濃度提高比較明顯，低濃度鹵水3oBé至5.5oBé的濃度提高尤為明顯，但是當(dāng)溫度達(dá)到-15℃時，該區(qū)間鹵水濃度提高幅度反而出現(xiàn)下降，高濃度6.5oBé至9oBé之間的鹵水，溫度越低，冰下鹵水濃度提高幅度則越大。

圖3　結(jié)冰前后鹵水濃度變化圖

4.2試驗(yàn)溫度、冰凍時間恒定，研究不同鹵水濃度在不同深度下的鹵水濃縮效果以及冰下抽咸效果

試驗(yàn)采用2000mL的燒杯作為容器進(jìn)行試驗(yàn)，控制試驗(yàn)溫度為-7℃、冰凍時間為22h，試驗(yàn)深度通過采用統(tǒng)一規(guī)格的容器控制容器中鹵水體積不同從而達(dá)到控制深度不同，每個濃度下進(jìn)行5組試驗(yàn)，鹵水深度分別為 180mm、140mm、100mm、60mm、20mm，試驗(yàn)得到不同鹵水深度下結(jié)冰率的數(shù)據(jù)見表6，不同鹵水深度下鹵水濃縮液濃度見表7。

表6　不同濃度鹵水在不同深度冰凍下的結(jié)冰率

表7　不同濃度鹵水在不同深度冰凍后的濃度

由表6可制得鹵水深度變化與鹵水的結(jié)冰率關(guān)系圖，見圖4。

圖4　鹵水不同深度下的結(jié)冰率

從圖4可以看出，鹵水的結(jié)冰率是隨著深度的遞減呈現(xiàn)遞增趨勢，鹵水深度越淺，同樣溫度條件下越易結(jié)冰。從圖4縱向看，對應(yīng)濃度較高的鹵水（7.5oBé至9oBé），調(diào)節(jié)不同鹵水深度，結(jié)冰率變化不是很明顯，而濃度較低的鹵水（3oBé至6.5oBé），調(diào)節(jié)不同鹵水深度，結(jié)冰率變化比較明顯。

由表7可制得鹵水在不同深度下冰凍后，下層濃縮后的鹵水濃度相應(yīng)變化的關(guān)系圖，見圖5，從圖5可以看出在-7℃條件下調(diào)節(jié)深度進(jìn)行冰凍實(shí)驗(yàn)時，深度的變化對結(jié)冰后濃縮液濃度的影響較明顯，深度越低，由于結(jié)冰率較大，導(dǎo)致濃縮液濃度提高較大，其中低濃度鹵水（3oBé至6.5oBé）冰凍后濃縮液濃度影響較為突出，3oBé鹵水濃縮至6oBé，4.5oBé鹵水則能達(dá)到10.4oBé。

圖5　不同鹵水深度下結(jié)冰后濃縮液的濃度

4.3試驗(yàn)溫度、鹵水深度恒定下，研究不同鹵水濃度的冰凍速率

試驗(yàn)采用2000mL的燒杯作為容器進(jìn)行試驗(yàn)，控制試驗(yàn)溫度為-7℃，將不同濃度的鹵水分別在一定的鹵水深度下進(jìn)行冰凍試驗(yàn)，觀察不同濃度鹵水在特定鹵水深度條件下達(dá)到結(jié)冰所需要的時間。試驗(yàn)得到時間數(shù)據(jù)見表8。

表8　不同濃度鹵水開始結(jié)冰所需時間

由表8的時間數(shù)據(jù)可繪制不同濃度鹵水在特定鹵水深度條件下進(jìn)行冰凍試驗(yàn)對應(yīng)的開始結(jié)冰所需時間圖，見圖6。從圖6可以看出，低濃度，深度淺達(dá)到結(jié)冰時間較短，高濃度，高深度達(dá)到結(jié)冰時間較長，濃度在7.5oBé至9oBé之間，達(dá)到結(jié)冰所需時間較為穩(wěn)定，變化不大，由此可以得出：濃度越低結(jié)冰速率越快，深度越淺結(jié)冰速率越快，反之也成立。

圖6　不同濃度鹵水在一定深度下結(jié)冰所需時間

5　結(jié)論

5.1我國北方鹽區(qū)（以海晶集團(tuán)制鹽場為例），12月和次年1月、2月的平均氣溫均在0℃以下，較低時在-10℃左右，在極低溫度下，低濃度鹵水易結(jié)冰，鹵水的蒸發(fā)不暢，影響制鹵。

5.2冬季選擇冰下抽咸時，盡量在較低濃度的鹵水進(jìn)行冰下抽咸，相同溫度下低濃度（3oBé～6.5oBé）結(jié)冰率高，結(jié)冰速率快，冰下鹵水濃度提高較快，把握好大風(fēng)降溫天氣時機(jī)，冰下抽咸效果會比較好。

5.3初級制鹵區(qū)各貯水、蒸發(fā)池存鹵要有深有淺，大寒潮過后，鹵水結(jié)冰，冰下鹵水濃度提高，將咸水抽出存入濃度相應(yīng)的蒸發(fā)池內(nèi)。但要防止盲目多抽，避免抽出的鹵水將原有蒸發(fā)池鹵水沖淡，造成損失。咸水抽出后注意春初化冰時分水排淡，保證抽咸的實(shí)際效果。

5.4在相同溫度下，冰面飽和蒸汽壓低于液面，而締合的冰體溶化時要消耗一部分起不到蒸發(fā)作用的解締熱，因此冬季要求濃度高的蒸發(fā)區(qū)盡可能減少結(jié)冰面積。結(jié)冰前鹵水排隊時，將9oBé以上的鹵水鋪得淺一些，擴(kuò)大咸水液面蒸發(fā)，有利于風(fēng)天咬鹵，提高蒸發(fā)效果。

參考文獻(xiàn):

[1]制鹽工業(yè)手冊.[M].中國輕工業(yè)出版社.1994.2.

[2]制鹽工藝學(xué)（上）.[M].天津輕工業(yè)學(xué)院鹽業(yè)系制鹽教研室.1999.7.

[3]制鹽工藝學(xué)（下）.[M].天津輕工業(yè)學(xué)院鹽業(yè)系制鹽教研室.1999.7.