非蒸發流程制取元明粉的工藝探索

毛焱明，緱可貞

（宜賓天原集團股份有限公司，四川 宜賓 644004）

非蒸發流程制取元明粉的工藝探索

毛焱明，緱可貞

（宜賓天原集團股份有限公司，四川 宜賓 644004）

根據實驗室小試開發的非蒸發流程制取元明粉的運行裝置，探索工藝設置中存在的問題及采取的應對措施，確定最佳運行參數。

非蒸發流程；元明粉；生產工藝

在氯堿生產中，使用離子膜法電解裝置，從電解槽陽極室出來的淡鹽水經過脫氯處理后的溶液，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期超標會對離子膜造成物理性損傷，導致電流效率下降、膜電阻和電耗升高，在精制鹽水中要求硫酸根質量濃度低于7 g/L。目前常見的脫硝方法主要有化學沉淀法和膜分離法，而膜分離法基于其自身物理分離方法的優點，是目前應用前景較好的方法[3~5]。經過膜分離處理后，得到的十水硫酸鈉（即芒硝），一般直接低價銷售，或集中堆放或高溫蒸發得到無水硫酸鈉。

海豐和銳有限公司配有2套膜法濃縮、冷凍除硝工藝，每年生產十水硫酸鈉約2萬t，由于公司地處偏僻，十水硫酸鈉銷售困難，并且外賣運輸成本高，如果采用蒸發濃縮系統，投資高、能耗高、利潤低。為了挖潛增效，提高資源綜合利用率，通過充分分析硫酸鈉的特性，專門開發設計1套熱法制硝裝置 （該裝置是將十水硫酸鈉加熱脫水后變為無水硫酸鈉，俗名無水芒硝、元明粉），采用非蒸發工藝，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。

采用非蒸發流程將十水硫酸鈉轉化為元明粉[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，具有較高經濟效益和社會效益。提高公司抗衡市場風險能力，同時延伸公司產業鏈，提高公司綜合競爭力。

1　非蒸發流程制取元明粉生產工藝開發

1.1工作原理

十水硫酸鈉在32.8℃時融溶后產生晶形轉變，利用這個特點將通過離心機得到的十水硫酸鈉用蒸汽加熱融溶后的硫酸鈉再通過離心機得到成品元明粉。

1.2工藝流程描述

將脫氯淡鹽水通過一、二級預冷板換調節溫度后加入亞硫酸鈉調節氧化還原電位，加入鹽酸調節pH值后再通過膜系統進行分離，分離后的低硝鹽水含微量硫酸鈉，經一級鈦板換熱器預熱后回到化鹽系統，膜分離后的濃硝鹽水通過冷凍使硫酸鈉過飽和結晶析出，離心后得到的十水硫酸鈉晶體進入芒硝槽，通過管道泵循環加熱熔融，底部的硫酸鈉晶體通過結晶體輸送泵輸送到熱硝槽，待沉降一段時間后通過離心機離心，離心后得到產品無水硫酸鈉；離心后的硫酸鈉飽和母溶液進入冷凍除硝工藝的沉硝槽，重新制取十水硫酸鈉。具體實施步驟如下。

（1）先在芒硝槽加入一線濃水到上循環口處，經管道泵通過加熱器加熱循環，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口上方，繼續將芒硝槽內混合物循環加熱到45℃；

（3）當十水硫酸鈉全部熔融且溫度控制在45℃左右后經結晶體輸送泵將循環液輸送到熱硝槽內，沉降時間約為10～30 min，啟動離心機離心處理后得到無水硫酸鈉產品；

（4）離心后的母液進入冷凍除硝工藝的沉硝槽，重新制取十水硫酸鈉。

工藝簡圖見圖1。

圖1　非蒸發流程制取元明粉工藝流程簡圖

1.3運行參數的摸索

對于運行溫度的控制，通過查找資料，最終確定了2個溫度控制點試驗。

（1）將溫度控制在35~45℃；

（2）將溫度控制在70~80℃。

通過生產工藝對比，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，此工藝的液體進入沉硝槽，容易產生含有不同結晶水的硫酸鈉結晶物，導致沉硝槽堵塞。而將溫度控制在35~45℃時，所得元明粉能夠達到使用要求，且能耗很低。

1.4運行狀況分析

非蒸發流程工業化裝置于2015年9月投入生產運行，得到的產品也可以達到GB/T6009-2014的Ⅲ類一等品的要求（含水除外），元明粉產品現在外售處理，可達到廠家使用要求，所得產品指標分析如下。

表1　無水硫酸鈉分析結果

1.5運行中存在的問題

這套新開發的工藝產出的元明粉雖然能夠達到GB/T6009-2014的Ⅲ類一等品的要求，在運行過程中一直不順暢，存在著諸多缺陷，主要表現在以下幾個方面。

（1）高硝鹽水循環泵進出口堵塞嚴重

通過近半年的運行，發現高硝鹽水循環泵進出口經常發生堵塞，每個班最少出現1次，有時候一個班甚至出現兩三次堵塞現象。

（2）高硝鹽水換熱器堵塞嚴重

由于換熱器利舊的螺旋板換熱器，換熱面積60 m2，物料在換熱器內流速特別慢，導致換熱器也經常發生堵塞現象，基本兩三天堵塞一次。

（3）離心機經常發生故障

使用普通工業水清洗離心機，導致硫酸鈉在轉鼓上結垢嚴重，轉鼓重心發生偏移，設備故障頻繁。

（4）晶體晶粒太小

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

2　改進措施

2.1高硝鹽水循環泵進出口堵塞

針對高硝鹽水循環泵進出口堵塞現象，一是改變設備布置，盡量縮短循環泵進出口管線，特別是泵的進口管線；二是增加自動沖洗功能，保證定時沖洗（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，不易結垢；

（2）增加自動沖洗功能，保證定時沖洗（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針對離心機故障

經過與廠家交流，決定改用蒸汽冷凝水沖洗離心機，這樣可以最大程度避免硫酸鈉在轉鼓上結垢。此項改造已完成，結垢現象大為緩解。

2.4針對晶體晶粒太小

（1）改變循環泵的結構形式，現在采用的是普通離心泵，晶體顆粒循環過程中被打碎，如采用膜片泵等應該可以減少這種現象；

（2）增加結晶槽容積，保證充足的結晶時間；

（3）改變濃硝水進料方式，避免晶核過多。

3　經濟效益和社會效益分析

3.1經濟效益

生產1 t元明粉的生產成本：

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

（2）燃料及動力消耗：57.35元；

（3）制造費用：31.91元；

每噸產品生產成本為57.35+31.91-190＝-100.74（元）；

元明粉銷售價格按100元/t計；

生產1 t元明粉的凈利潤為100+100.74＝200.74（元）；

年利潤為200.74×8 800＝176.651 2（萬元）。

3.2社會效益

（1）通過產業技術創新實現節能減排，符合國家化工行業環境友好型以及清潔生產的發展趨勢。

（2）采用新技術實現對十水硫酸鈉的集中處理，投產后將無污染物堆放，極大提高了副產品經濟價值，增強了企業的競爭力。

4　結語

宜賓海豐和銳有限公司自主開發的非蒸發流程制取元明粉的工藝具有投資少、能耗低、工藝流程簡單等特點，但其在實際運行過程中的缺陷也非常明顯，后期仍需要不斷優化工藝流程及運行參數。

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

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

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

[4]陳曉峰.膜法脫硝工藝設計及運行研究.天津大學，2014.

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

[6]胡忠銘，尹健，劉靜，等.芒硝槽結構.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