液相水合器內部結構的優化改進

王鑫

摘 要：液相水合器作為液相水合法制低鹽重質純堿的核心設備，其運行的穩定性是控制產品質量的重要環節之一。通過對設備結構的優化改進，提高設備運行效率，緩解設備內部結疤現象，提高產品產量、品質，為企業創造更高的經濟效益。

關鍵詞：結疤；液相水合法；優化改進；液相水合器

1 前言

隨著科學技術的進步和各工業領域的迅猛發展，對基本化工原料——純堿的品質及產量要求也隨之提高。低鹽重質純堿具有以下特點：（1）鹽分低；（2）堆積密度大；（3）更環保。由于其形狀為顆粒狀，便于運輸、存儲和使用，適合于工業自動化操作。較之輕質純堿，可節省大量的包裝材料和費用。所以，提高低鹽重質純堿的品質，增加生產能力是純堿行業的當務之急。

我國天然堿資源稀少，且生產成本較高，為降低生產成本，提高堿產量，經不斷的探索和研究，較之前的生產工藝有了長足的進步。目前，國內低鹽重質純堿的生產方法主要有固相水合法、液相水合法和擠壓法，但就經濟性以及市場需求量而言，固、液水合法生產的低鹽重質純堿遠遠優于擠壓法。本文通過液相水合法生產低鹽重質純堿，著重介紹其核心設備——液相水合器的改進及優化，緩解設備內部的結疤現象，提高設備的運行穩定性及生產能力，為提高低鹽重質純堿的品質打下堅實的基礎。

2 液相水合法重生產低鹽重質純堿概述

2.1 流程簡述

液相水合法制重質純堿以輕質純堿為原料，在一定的溫度條件下，在水合器內與母液發生水合反應，生成一水堿結晶（一水碳酸鈉），然后一水堿晶漿進入稠厚器稠厚，再進入分離機固液分離，得到合格的一水堿，最后進入流化床干燥、冷卻得到重質純堿。

2.2 液相水合法的特點

液相水合法制重質純堿是將輕質純堿加入懸浮晶漿，在設備內進行水合反應，其實質是將輕質純堿溶解于母液中進行再結晶，使分子內部結構發生變化，從而增大了密度并降低了氯化鈉含量；而固相水合法是將輕質純堿和水在回轉水合機內進行水合反應，其反應是固相中完成的，它不能改變原料的化學成分，致使產品中氯化鈉的含量不能得到明顯改善，所以較之固相水合法，液相水合法制出的低鹽重質純堿更符合各個工業領域產品的生產制造要求。正是由于液相水合法具有以上獨特的優點而受到更多的關注，液相水合法的生產工藝和設備是需要不斷研究和創新的目標。

從長時間的生產實踐中可以發現，一水碳酸鈉的形成品質，直接影響低鹽重質純堿的化學成分、粒度、堆積密度及顆粒形狀等質量指標，想要得到顆粒均勻優質的產品，首先要控制一水碳酸鈉（Na2CO3·H2O）的結晶過程，結晶過程的好壞是受多種因素制約的，如一水堿懸浮液中的晶漿濃度（固液比）、物料在水合器內的停留時間等。但設備的結構形式、攪拌器的形式和攪拌速度、進料溫度、母液溫度、結晶溫度等對一水碳酸鈉的形成及品質起著至關重要的作用。

3 設備概況及問題

液相水合器作為液相水合法制低鹽重質純堿工藝系統中的核心設備，其運行穩定性是控制產品質量的重要環節之一。設備的材質采用S32168（0Cr18Ni10Ti），設備規格φ3200×9990mm，為上平蓋下橢圓封頭帶夾套的常壓立式攪拌容器，設計溫度為100℃。攪拌轉速為59r/min，電機功率為37KW。筒體中間設有分層隔板將設備分成溶解層和結晶層兩部分；溶解層采用推進式攪拌器攪拌，其直徑為φ1600mm，且設有喇叭口形導流筒，使固體堿料與母液形成湍流狀充分混合溶解；結晶層亦采用推進式攪拌器攪拌，其直徑為φ1600mm，且同樣設有喇叭口形導流筒。筒體外采用夾套內通冷卻水對介質進行降溫。

自運行使用后，設備整體運行比較平穩，但有時出料不通暢，導致部分產品品質下降，經仔細觀察發現，設備在運行中存在如下問題：（1）設備內部結疤現象嚴重；（2）隔板物料堆積嚴重，固液接觸面小；（3）液位測控不準確；（4）結晶時間較長。經現場停車檢修觀察，發現設備的筒壁以及隔板上都存在大量的堿疤，尤其噴淋環管的噴射口處及出料口處已被堿疤堵塞；（5）夾套自設備運行后很少使用。

4 優化改進措施

經研究分析，設備出現結疤現象是由多方面因素造成的。但設備結疤現象的主要原因在于進料輕質純堿的溫度過高（170～180℃），而要使設備內操作溫度為92～98℃，廠內沒有涼堿設備，需將20℃的冷卻水通入夾套內對介質進行冷卻處理，但由于溫差過大，使設備內壁上極易產生堿疤；而噴淋環管在工藝操作時，擔心液位過高或母液膨脹嚴重，所以噴淋環管不經常開啟，沒有噴淋的沖刷，形成的堿疤堆積于環管上堵塞噴淋口，而長時間形成的堿疤，由于重力因素，部分從隔板方孔直接掉入結晶層，從而堵塞出料口，造成出料不順暢。液位計液位測量不準確的原因如下：（1）部分掉落至方孔上，堵塞方孔，使底部與頂部隔開，不能形成真實液位，停車后，頂部漏液使液位升高；（2）液位計的管口被堿疤堵死，不能進行準確測量。

針對上述問題，對設備內部結構重點進行了優化改進：（1）對設備外形進行改進，將橢圓封頭更改為錐形加球冠形封頭的形式；（2）將結晶層的推進式攪拌器更改為直徑φ1500mm的平直斜槳葉，并將喇叭口形導流筒去掉，使介質溶解更充分、更迅速；（3）由于設備不斷運行，堿疤的生成在所難免，為防止堿疤的掉落，3個方孔由400×350mm，更改為六個300×250mm的方孔；（4）隔板上方靠近隔板的位置增設一對集中液位計，在出料口附近增設一個蒸汽吹掃孔；（5）設備用于冷卻物料的夾套去掉，在工藝系統中增加一臺涼堿機。

經改進后的設備，通過投產運行，較之前有很大改觀：（1）有效地控制了進堿溫度，使物料結晶更充分、更均勻；（2）增大了固液接觸面，減小了物料堆積，使其瞬間生成一水堿，使結晶周期大大縮短；（3）出料較之前更加順暢；（4）設備內部結疤現象明顯緩解；（5）液位計測控更加準確；（6）產品產量由15t/a提高至20t/a，鹽分由65g/L降至45g/L，顆粒均勻度由78%提高至95%，重灰相對密度由0.95提高至1.0。

5 結束語

經現場觀察，從設備的運行效果來看，對設備的優化改進是比較成功的，基本達到了設計的預期效果，產品的產量、品質均大幅度提高，為企業創造了良好的經濟效益。

參考文獻

[1]賈金明.新型VST用于液相中細顆粒懸浮的研究[D].上海：華東理工大學，2005.

（作者單位：大連大化工程設計有限公司）