對(duì)使用洗后液進(jìn)行結(jié)晶器清洗的相圖計(jì)算及相關(guān)探討

孫健銘

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

聯(lián)堿的母液膨脹問題一直困擾聯(lián)堿生產(chǎn)，減少母液膨脹向來是生產(chǎn)過程中的工作重點(diǎn)，膨脹母液大部分來自于生產(chǎn)過程中向母液系統(tǒng)中加入的低濃度水甚至清水，倒停清理設(shè)備用水便是其中一項(xiàng)。近期我公司計(jì)劃清理鹽析結(jié)晶器，按以往的經(jīng)驗(yàn)，必須將母液總量降至一定量后，用清水清洗結(jié)晶器，清洗液進(jìn)入母液系統(tǒng)，這樣做最大的缺點(diǎn)是會(huì)引起母液膨脹，而且會(huì)對(duì)母液指標(biāo)造成一定影響。為此我公司計(jì)劃以濾堿工序帶濾機(jī)的洗后液作為清洗結(jié)晶器用水，清洗后母液按原流程進(jìn)入母液系統(tǒng)，使用該液清理結(jié)晶器，在保持洗水當(dāng)量的同時(shí)適當(dāng)減少碳化工序的洗后液用量，則可減少母液膨脹。洗后液清洗結(jié)晶器有兩個(gè)關(guān)鍵問題，第一是清理效果如何，如溶疤速度等，第二是清理后液成分如何，與母液成分差距有多大。本文旨在通過相圖計(jì)算對(duì)第二個(gè)問題進(jìn)行相關(guān)討論。

1 洗后液、MⅡ、結(jié)晶器結(jié)疤的成分對(duì)比

清洗結(jié)晶器洗后液送入MⅡ桶，取洗后液、MⅡ液，進(jìn)行分析如下。

表1 洗后液與MⅡ液的成分

取結(jié)晶器結(jié)疤成分進(jìn)行分析，氯化銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80%，氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%，結(jié)疤總量約有30 t。對(duì)其進(jìn)行相圖計(jì)算，并查得清洗溫度下25 ℃時(shí)三鹽共飽點(diǎn)P1、P2對(duì)應(yīng)母液數(shù)據(jù)，得到結(jié)果如下。

表2 操作過程相關(guān)的相圖數(shù)據(jù)

將上述數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)在相圖上，得到圖1。

2 相圖初步分析

通過圖1，可以得出以下結(jié)論：

圖1 操作過程在相圖中的表示

1)MⅡ點(diǎn)在洗后液與結(jié)疤點(diǎn)的連線——清洗線之外，說明洗后液清洗結(jié)晶器、充分溶解結(jié)疤后，不能直接得到MⅡ。

2)如果要得到MⅡ，較符合實(shí)際的方法是，在清洗完結(jié)晶器后向其加入洗鹽，在圖上則需要在清洗線上找到一點(diǎn)R，該點(diǎn)與NaCl、MⅡ點(diǎn)三點(diǎn)共線。

3)MⅡ點(diǎn)在25 ℃的NH4Cl結(jié)晶區(qū)以外，這就否定了一種方案，即清洗到一定程度，加鹽至飽和，繼續(xù)加鹽析出氯化銨到達(dá)MⅡ點(diǎn)。

根據(jù)上述結(jié)論，較為理想的清洗方案是，使用一定的洗后液清洗結(jié)疤，洗后液充分溶解結(jié)疤，沿著清洗線到達(dá)點(diǎn)R，在向其中加鹽，沿著加鹽線最后到達(dá)MⅡ。

3 進(jìn)一步的相圖計(jì)算

對(duì)上述方案進(jìn)行相關(guān)計(jì)算：由洗后液點(diǎn)(0.322，0.322)與結(jié)疤點(diǎn)(0.814，0)確定清洗線方程：y=-0.654x+0.533；由NaCl點(diǎn)(0，0)與MⅡ點(diǎn)(0.456，0.135)確定加鹽線方程：y=0.296x；由兩線方程確定兩線交點(diǎn)R為(0.561，0.166)。

第一步，進(jìn)行清洗過程干鹽計(jì)算：

上述方程意義是，知道洗后液、結(jié)疤、清洗終點(diǎn)的干鹽成分，計(jì)算每清洗1 mol結(jié)疤干鹽需要的洗后液干鹽量x1、清洗終點(diǎn)干鹽量y1，以及清洗終點(diǎn)的氨、水參數(shù)a、b，經(jīng)過計(jì)算，有如下結(jié)果：

x1=1.064,y1=2.064,a=0.179,b=10.47

第二步，向R點(diǎn)的清洗液中加洗鹽，洗鹽按含NaCl 95%，含水5%計(jì)算，x=0，y=0，p=0，m=0.171，列方程如下：

上述方程意義是，知道清洗液、洗鹽、加鹽終點(diǎn)的干鹽成分，計(jì)算每清洗1 mol結(jié)疤干鹽對(duì)應(yīng)清洗液需要加入的洗鹽干鹽量x2、加鹽終點(diǎn)干鹽量y2，以及加鹽終點(diǎn)的氨、水參數(shù)c、d，經(jīng)過計(jì)算，有如下結(jié)果：

x2=0.476,y2=2.538,c=0.146,d=8.47

加鹽終點(diǎn)，干鹽成分已與MⅡ成分一致，而含水量高于MⅡ，含氨量低于MⅡ，說明加鹽終點(diǎn)并未飽和，不會(huì)析出結(jié)晶。

下面對(duì)加入洗后液量，加入鹽量進(jìn)行計(jì)算：

每1 mol結(jié)疤干鹽，其中含0.814 mol NH4Cl，0.186 mol NaCl，合54.43 g。

每1 mol洗鹽干鹽，其中含1 mol NaCl，0.171 mol H2O，合61.58 g。

每1 mol洗后液干鹽，對(duì)應(yīng)有洗后液0.408 L。

從相圖方程計(jì)算結(jié)果看，每1 mol結(jié)疤干鹽，需要洗后液干鹽1.064 mol，需要加入洗鹽干鹽0.4746 mol。

結(jié)疤約有30 t，合30×1 000/54.43 =551.17 kmol結(jié)疤干鹽。

需要洗后液551.17×1.064×0.408 = 239.3 m3。

需要加入洗鹽551.17×0.4746×61.58/1000 = 16.11 t。

4 相關(guān)問題的探討

4.1 進(jìn)行清洗工作前較重要的準(zhǔn)備工作

需要將MⅡ成分、洗后液成分、結(jié)晶器結(jié)疤成分分析的較為準(zhǔn)確，結(jié)晶器結(jié)疤的總量可以估算不準(zhǔn)，只要掌握清洗終點(diǎn)的標(biāo)志即可，MⅡ成分確定，加鹽線方程就能確定，洗后液成分、結(jié)晶器結(jié)疤成分確定，清洗線方程就能確定，由兩方程確定清洗終點(diǎn)位置，結(jié)疤總量與使用洗后液的量比例就能確定，結(jié)疤總量變化，洗后液用量隨之變化即可。

4.2 清洗結(jié)晶器的清洗終點(diǎn)如何確定

在準(zhǔn)備工作做好之后，清洗終點(diǎn)R的坐標(biāo)就能確定，y值即能確定，通過在清洗過程中間段測定清洗液中的TCl、CO2，即可得出變化過程中的y值，當(dāng)快達(dá)到R點(diǎn)對(duì)應(yīng)y值時(shí)，即為快達(dá)到清洗終點(diǎn)。

4.3 NH3的p值以及溫度對(duì)操作的影響

洗后液成分中NH3的p值以及溫度是否對(duì)操作過程會(huì)有影響，應(yīng)當(dāng)具體數(shù)據(jù)具體分析，例如本次洗滌操作，用的三相飽和點(diǎn)是25 ℃時(shí)p約為0.180時(shí)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而經(jīng)過計(jì)算，清洗終點(diǎn)、加鹽終點(diǎn)的p值都小于0.180，對(duì)應(yīng)的P1、P2點(diǎn)都將向左下方移動(dòng)，因此清洗終點(diǎn)、加鹽終點(diǎn)都在NaHCO3結(jié)晶區(qū)，而操作溫度如果升高，NaHCO3結(jié)晶區(qū)也會(huì)擴(kuò)大，因此相圖整體情況并未改變。而在實(shí)際操作過程中，為了保證清洗效果，不可能降低溫度，而且在加鹽前的清洗過程不能達(dá)到飽和，因此只要在清洗操作前提前計(jì)算出加鹽終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的p值，選取高于該p值的適當(dāng)?shù)腜1、P2點(diǎn)即可。

4.4 清洗過程中含水量m值的影響

含水量m值其實(shí)是真正決定溶液是否飽和的關(guān)鍵因素，但因缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)，無法知道相圖中每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的飽和時(shí)的含水量，因此只能根據(jù)25 ℃時(shí)，文獻(xiàn)中能查到的相圖下半?yún)^(qū)飽和試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)含水量m值基本沒有大于8這一點(diǎn)來進(jìn)行估計(jì)。整個(gè)操作過程中，含水量m值在不斷減少，且都在相圖下半?yún)^(qū)進(jìn)行，只要操作終點(diǎn)含水量m值大于8即可，應(yīng)當(dāng)就不會(huì)出現(xiàn)飽和的情況。

4.5 操作過程是否需要加水

有這種可能性，這點(diǎn)在操作前相圖計(jì)算即可得出，當(dāng)加鹽終點(diǎn)的含水量m值低于MⅡ?qū)?yīng)m值時(shí)，則需要額外加入水，加入的水量為了保證不析晶，還是以終點(diǎn)m值8.5比較好，而且加水的時(shí)機(jī)應(yīng)當(dāng)在清洗開始前向洗后液中加入比較好，這樣能夠達(dá)到更好的清洗效果。

4.6 操作后將最終液引入系統(tǒng)引起的變化

因?yàn)椴僮鹘K點(diǎn)的干鹽x、y值與MⅡ相同，因此引入系統(tǒng)后，引起的變化類似于向系統(tǒng)中加入少量清水，而更大的影響是溫度與氨含量，但是這個(gè)影響難以避免，只能通過控制并入系統(tǒng)量來盡量減少影響。

5 結(jié) 論

使用洗后液清洗結(jié)晶器結(jié)疤是可行的，但為了盡可能少的對(duì)聯(lián)堿母液系統(tǒng)造成影響，需要通過精細(xì)化計(jì)算來輔助操作，通過相圖進(jìn)行計(jì)算，可以在減少母液成分波動(dòng)的同時(shí)，對(duì)操作終點(diǎn)進(jìn)行掌握，使得整個(gè)清洗過程有章可循。