冬季冰下抽咸制鹵工藝試驗研究及分析

張德強，譚高亮，張心祿，馬勤清

（天津長蘆海晶集團有限公司，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)，進行冰下抽咸。

2　試驗原理[1～3]

鹵水在低溫條件下，由于淡水和濃海水的冰點不同，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)冰層下面的鹵水進行分離，達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。

試驗以近十年海晶集團制鹽場最低溫度和不同鹵水濃度的冰點為試驗指導(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

通過小試試驗研究溫度、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際生產(chǎn)中的可行性提供基礎(chǔ)條件，主要試驗簡單流程如圖1所示。

圖1　冰下抽咸試驗流程

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　試驗過程

試驗采用海晶集團制鹽場制鹵工區(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行試驗，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。

試驗過程在3月至7月份進行，冰柜的溫度通過控制檔位進行機械調(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行試驗，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

試驗采用2000mL的燒杯作為容器進行試驗，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)試驗溫度達到-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

試驗采用2000mL的燒杯作為容器進行試驗，控制試驗溫度為-7℃、冰凍時間為22h，試驗深度通過采用統(tǒng)一規(guī)格的容器控制容器中鹵水體積不同從而達到控制深度不同，每個濃度下進行5組試驗，鹵水深度分別為 180mm、140mm、100mm、60mm、20mm，試驗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)深度進行冰凍實驗時，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試驗溫度、鹵水深度恒定下，研究不同鹵水濃度的冰凍速率

試驗采用2000mL的燒杯作為容器進行試驗，控制試驗溫度為-7℃，將不同濃度的鹵水分別在一定的鹵水深度下進行冰凍試驗，觀察不同濃度鹵水在特定鹵水深度條件下達到結(jié)冰所需要的時間。試驗得到時間數(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行冰凍試驗對應(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，深度淺達到結(jié)冰時間較短，高濃度，高深度達到結(jié)冰時間較長，濃度在7.5oBé至9oBé之間，達到結(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，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:

[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.