淡鹽水膜法除硝制元明粉技術(shù)的突破

朱發(fā)彬

(山東魯泰化學(xué)有限公司，山東 濟(jì)寧 272350)

1 淡鹽水膜法除硝制元明粉技術(shù)簡(jiǎn)介［1］

文中所述工藝技術(shù)提供了適合于氯堿生產(chǎn)的芒硝脫水方法，該法通過(guò)引入熔硝液、合理地熔硝、加熱升溫、鹽析結(jié)晶、固液分離等步驟，將芒硝脫水技術(shù)與整個(gè)氯堿生產(chǎn)工藝相融合。在芒硝脫水生產(chǎn)裝置中采用的一體化芒硝脫水設(shè)備將芒硝熔融、鹽計(jì)量配比、升溫、鹽析脫水等環(huán)節(jié)緊密地結(jié)合在一起，一次性地完成了十水芒硝脫水的整個(gè)過(guò)程，經(jīng)離心分離、干燥后就得到了成品元明粉。組合式熔硝設(shè)備將脫硝與脫水工藝融合在一起，大大簡(jiǎn)化了芒硝脫水制元明粉生產(chǎn)流程，為氯堿企業(yè)燒堿、精制鹽、元明粉聯(lián)產(chǎn)，地下廉價(jià)的高鹵水大規(guī)模使用提供了新生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了脫硝裝置直接生產(chǎn)元明粉，與目前正在運(yùn)行的十水芒硝脫水工藝相比，具有連續(xù)化高效穩(wěn)定運(yùn)行、環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的元明粉。

2 十水芒硝生產(chǎn)無(wú)水硫酸鈉現(xiàn)用方法

現(xiàn)階段，采用氯堿裝置中淡鹽水膜法除硝所產(chǎn)十水芒硝加工生產(chǎn)無(wú)水硫酸鈉的方法已知的有以下3種。

(1)釜式熔硝鹽析脫水法。間歇式操作，十水芒硝熔融后，一次性投加鹽析劑NaCl，集中過(guò)飽和析出無(wú)水芒硝，鹽析劑NaCl投入量、鹽析后溶液成分、反應(yīng)時(shí)間控制、反應(yīng)終點(diǎn)等因素均不確定，產(chǎn)品結(jié)晶體顆粒不穩(wěn)定、質(zhì)量差。

(2)MVR蒸發(fā)濃縮法。將十水芒硝熔融分離出無(wú)水芒硝后，蒸發(fā)濃縮飽和溶液生產(chǎn)無(wú)水芒硝。在蒸發(fā)濃縮芒硝飽和溶液析出無(wú)水芒硝的整個(gè)過(guò)程中，溶液均處于過(guò)飽和狀態(tài)，操作難度大，蒸汽消耗及各種費(fèi)用相當(dāng)高，與硝鹽聯(lián)產(chǎn)裝置相比，元明粉產(chǎn)品沒有任何競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但目前該工藝已工業(yè)化生產(chǎn)。

(3)熱熔法。十水芒硝熔融后分離出無(wú)水芒硝，將飽和溶液再冷凍分離十水芒硝，十水芒硝再熔融分離無(wú)水芒硝，一次循環(huán)芒硝析出率最高33.79%，整個(gè)裝置中的循環(huán)物料皆處于飽和狀態(tài)，操作難度大，各環(huán)節(jié)堵塞嚴(yán)重，開停車頻繁，不具備連續(xù)運(yùn)行的基本條件。

當(dāng)然，還有其他的芒硝脫水工藝，如二次膜法濃縮、十水芒硝氣流直接干燥等，從以上各加工工藝來(lái)看，各種十水芒硝脫水工藝各有各自的特點(diǎn)，大部分并沒有與氯堿除硝裝置相融合，均為獨(dú)立的芒硝脫水裝置，有些都不具備工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的條件，產(chǎn)品顆粒度與硝鹽聯(lián)產(chǎn)裝置相比要細(xì)得多，元明粉產(chǎn)品質(zhì)量沒有競(jìng)爭(zhēng)力。

3 新芒硝脫水法的研究思路及理論依據(jù)

3.1 新芒硝脫水法的的研究思路

引入40～70℃熔硝液作為十水芒硝整個(gè)脫水過(guò)程的載熱、載物流體，將十水芒硝熔融時(shí)發(fā)生的不易控制的固液變化(熔融、結(jié)晶、析出元明粉、飽和水溶液與水合物之間的轉(zhuǎn)化及含不同水合物之間的轉(zhuǎn)化)轉(zhuǎn)化為硝鹽水混合物易控狀態(tài)。利用硝鹽水混合物循環(huán)流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移和物料的溶入及析出，完成十水芒硝脫水制元明粉的基本工藝流程。采用40～70℃熔硝液熔融十水芒硝的整個(gè)過(guò)程觀察如下:一定的十水芒硝逐漸加入熔硝液，十水芒硝的變化過(guò)程為軟化、漿狀流體、稠厚分層流體，溫度降低、流體相態(tài)穩(wěn)定，加大熔硝液量，混合液體固液迅速分層，成為穩(wěn)定的含固硝鹽共飽和溶液。固體NaCl的引入降低了十水芒硝的熔融溫度，十水芒硝熔融時(shí)吸熱量大，十水芒硝熔融量與吸熱量相對(duì)應(yīng)，熔硝前后熔硝液溫差確定了熔硝后溶液中Na2SO4的含量。在獲取穩(wěn)定的硫酸鈉含量的含固硝鹽混合溶液之后，含固硝鹽混合溶液主要特性就是硫酸鈉飽和而氯化鈉不飽和，且溶液中硫酸鈉與氯化鈉質(zhì)量濃度穩(wěn)定，加入固體鹽氯化鈉溶解硫酸鈉，令其析出轉(zhuǎn)至與制鹽工業(yè)硝鹽聯(lián)產(chǎn)中的熱法除硝工序，硫酸鈉結(jié)晶，成長(zhǎng)，離心分離，干燥，得到元明粉成品。

3.2 理論依據(jù)

3.2.1 理論依據(jù)一

十水芒硝結(jié)晶析出及定量熔融熱量交換量大，溫差與熔硝量相對(duì)應(yīng)。芒硝的熔融熱較高(214.4 kJ/kg)，熔融點(diǎn)為32.38℃，與鹽、硝、水三相的共熔點(diǎn)17.9℃相差大，硝鹽水更易熔融十水芒硝，熔融至濃度穩(wěn)定的硫酸鈉與氯化鈉共飽和溶液中溫度變化較大，有較大的溫差，溫差、熔融熱、熔硝量對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確，控制熔硝前后溶液的溫差就能獲取含量穩(wěn)定的高濃度硫酸鈉溶液。芒硝的熔融吸熱量較高(214.4 kJ/kg)，熔融后溫度下降幅度大，溫差與熔硝量鮮明對(duì)應(yīng).。

(1)設(shè)定熔硝液流量為5 m3/h時(shí):

(2)設(shè)定熔硝液流量為10 m3/h時(shí):

以上熔硝液流量可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)量的大小任意設(shè)定。

氯化鈉與硫酸鈉共飽和溶液熔融十水芒硝過(guò)程描述:新鮮潮濕的芒硝晶體形態(tài)細(xì)小且疏松易熔、易擠壓成型;十水芒硝堆積在熔硝槽格柵上部的固相區(qū)。高溫熔硝液自下而上噴射至格柵上的固體芒硝，所及之處十水芒硝迅速流態(tài)化，硝漿脫離固體芒硝;擠壓成型的固體硝靠重力下移，繼續(xù)熔融。另一方面，固體硝一旦脫離硝鹽水，由于熔融點(diǎn)升高，終止熔融又十分迅速，擠壓成型的固體芒硝被格柵固定。在重力的作用下，硝漿迅速下流，與格柵上面的固體芒硝分離;硝漿流入混熔器中，與大流量熔硝液迅速混合，瞬間熔融成溶液，均勻混入熔硝液。含固高的硝鹽水迅速流出熔硝設(shè)備(混熔器出口是開放的)。因?yàn)橹挥忻⑾醯臒崛廴诋a(chǎn)生硫酸鈉飽和水溶液和硫酸鈉晶體析出，以及混入熔硝液的過(guò)程，準(zhǔn)確控制熔硝前后的溶液溫度(溫差)就可以連續(xù)定量取芒硝的過(guò)程，獲取高含量飽和硫酸鈉和低含量不飽和氯化鈉成分穩(wěn)定的含固高硝溶液。

3.2.2 理論依據(jù)二

鹽析原理:NaCl與硫酸鈉在一定溫度下硝鹽共飽和之前可互相溶解、析出，直至達(dá)到共飽和狀態(tài)，改變溫度NaCl與硫酸鈉在溶液中的含量也會(huì)發(fā)生變化。利用以上特性，改變?nèi)芤褐械臒o(wú)機(jī)鹽含量就可析出另一種無(wú)機(jī)鹽，這就是鹽析原理。

在自然界中硫酸鈉與氯化鈉是互溶伴生的，在飽和的硫酸鈉溶液中逐漸加入固體氯化鈉，溶液中硫酸鈉濃度逐漸降低，無(wú)水硫酸鈉析出，直至達(dá)到該溫度下的共飽和溶液，反之亦然。在NaCl/Na2SO4/Na2SO4·10H2O三相共飽和點(diǎn)17.9℃時(shí)，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.3%、Na2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.57%;當(dāng)溶液溫度達(dá)到50℃時(shí)，在NaCl與Na2SO4的共飽和溶液中，NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.89%、Na2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.17%。

利用鹽析反應(yīng)的原理在飽和或硫酸鈉濃度大于硝鹽共飽和溶液中的硫酸鈉濃度時(shí)，加入氯化鈉固體鹽就會(huì)制取無(wú)水硫酸鈉(元明粉)，這就是鹽析法芒硝脫水制元明粉。一般地，均采用釜式法按芒硝與固體鹽的計(jì)算配比批量加入，按批次間歇獲取無(wú)水硫酸鈉。由于硫酸鈉與結(jié)晶水在不同溫度下的轉(zhuǎn)型結(jié)塊，集中結(jié)晶析出結(jié)晶形態(tài)不穩(wěn)定，不易獲取穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，所以該法沒有進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

4 解決技術(shù)問(wèn)題的方案

4.1 采用一體化芒硝脫水設(shè)備熔硝脫水

4.1.1 固體芒硝脫水工藝

采用一體化芒硝脫水工藝，是以目前膜法除硝所產(chǎn)固體芒硝為原料對(duì)芒硝進(jìn)行脫水。令不超過(guò)60℃的循環(huán)硝鹽共飽和溶液以恒流量進(jìn)入熔硝槽內(nèi)，在溫差控制器的作用下定量熔取固體芒硝，產(chǎn)生含固高硝溶液。此時(shí)，溶液中的硫酸鈉與氯化鈉濃度穩(wěn)定，溫度隨芒硝或溶液溫度稍有波動(dòng)，但并不影響運(yùn)行工況。溶液中的硫酸鈉與硝鹽共飽和溶液中硫酸鈉濃度差決定氯化鈉的加入比例，在氯化鈉不過(guò)量的情況下就能獲取高質(zhì)量的元明粉。用于鹽析反應(yīng)的氯化鈉應(yīng)是無(wú)雜質(zhì)的真空精制鹽，在獲取高硝溶液后，真空濃縮高硝溶液也可得到高質(zhì)量的元明粉，而氯化鈉是氯堿原料，可回用，鹽析更經(jīng)濟(jì)。

4.1.2 固體芒硝脫水生產(chǎn)元明粉各種消耗分析

4.1.2.1 計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

(1)淡鹽水脫硝離心分離出固體芒硝中的濕芒硝成分:Na2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42.34%，游離態(tài)淡鹽水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%。

(2)其中淡鹽水成分:NaCl質(zhì)量濃度為200 g/L(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%)，Na2SO4質(zhì)量濃度為5 g/L。

(3)鹽析完成液成分:NaCl質(zhì)量濃度為280 g/L(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%)，Na2SO4質(zhì)量濃度為54 g/L。

(4)密度(75℃時(shí))為1.207 g/mL。

(5)精制鹽成分:NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，Na2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%。

(6)以下均以生產(chǎn)1 t元明粉(Na2SO4100%)為例進(jìn)行計(jì)算。

4.1.2.2 精制鹽的消耗量

以生產(chǎn)1 t元明粉(Na2SO4折100%)計(jì)算。

(1)濕芒硝量為:

(2)其中結(jié)晶水:

(3)淡鹽水:2 361.8×4%=94.5(kg)。

(4)結(jié)晶水飽和精制鹽的消耗:

(5)淡鹽水溶解精制鹽:

(6)生產(chǎn)1 g元明粉消耗精制鹽的量:

4.1.2.3 十水芒硝中硫酸鈉的析出率

鹽析完成后的回收鹽水去冷凍除硝工序生產(chǎn)十水芒硝，十水芒硝用于鹽析生產(chǎn)元明粉。在這一周期中，芒硝的析出率計(jì)算如下。

(1)鹽析完成液成分:NaCl質(zhì)量濃度為280 g/L(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%)，Na2SO4質(zhì)量濃度為54 g/L。

(2)回收鹽水中的Na2SO4:

(3)十水芒硝中硫酸鈉的析出率:

(4)生產(chǎn)1 g元明粉實(shí)際消耗精制鹽的量:

4.1.2.4 蒸汽消耗

鹽析反應(yīng)在60℃左右就可完成，芒硝熔融吸熱由來(lái)自電解工序約70℃的淡鹽水加熱就足夠了，熔硝吸熱利用淡鹽水余熱來(lái)完成，可視為沒有蒸汽消耗。生產(chǎn)1 t元明粉干燥用蒸汽量為120 kg(干燥器廠家提供)。

4.1.2.5 冷凍量

(1)鹽析完成后的回收鹽水:

(2)實(shí)際回收鹽水:

回收鹽水混入淡鹽水重新脫硝，脫硝后濃縮液為實(shí)際回收鹽水的10%，濃縮液30℃，十水芒硝結(jié)晶溫度為－5℃，溫差為35℃。

(3)消耗冷凍量:

具體實(shí)施過(guò)程同前。

4.2 融合于膜法除硝裝置直接生產(chǎn)元明粉

4.2.1 采用十水芒硝料漿脫水的工藝說(shuō)明

淡鹽水膜法脫硝冷凍沉硝的硝漿，在組合式熔硝設(shè)備中控制硝漿層高度來(lái)保證硝漿的水含量，經(jīng)增稠后硝漿達(dá)到了固液穩(wěn)定的芒硝流體，且比固態(tài)芒硝流動(dòng)性更好。在芒硝料漿熔融后，可及時(shí)地到達(dá)熔硝界面再熔融。由于芒硝料漿含有一定的不飽和淡鹽水(NaCl質(zhì)量濃度為200 g/L、Na2SO4質(zhì)量濃度為5 g/L)，在芒硝熔融時(shí)可避免大量的無(wú)水硫酸鈉細(xì)微晶體析出，鹽析反應(yīng)更易控制，硫酸鈉一次析出率偏低而鹽耗偏高。

4.2.2 采用十水芒硝料漿脫水制元明粉消耗分析

4.2.2.1 計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

(1)淡鹽水冷凍除硝十水芒硝料漿成分:Na2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.2%，游離態(tài)淡鹽水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

(2)其中淡鹽水成分:NaCl質(zhì)量濃度為200 g/L(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%)、Na2SO4質(zhì)量濃度為5 g/L。

(3)鹽析完成液成分:NaCl質(zhì)量濃度為280 g/L(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%)，Na2SO4質(zhì)量濃度為54 g/L。

(4)密度(75℃)為1.207 g/L。

(5)精制鹽成分:NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%、Na2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%。

(6)以下均以生產(chǎn)1 t元明粉(Na2SO4100%)為例進(jìn)行計(jì)算。

4.2.2.2 精制鹽的消耗量

以生產(chǎn)1 t元明粉(Na2SO4折百)計(jì)算。

(1)芒硝晶漿:

其中結(jié)晶水:

(2)淡鹽水:

(3)結(jié)晶水飽和精制鹽后消耗:

(4)淡鹽水溶解精制鹽:

(5)生產(chǎn)1 kg元明粉消耗精制鹽:

4.2.2.3 十水芒硝中硫酸鈉的析出率

鹽析完成后的回收鹽水去冷凍除硝工序再生產(chǎn)十水芒硝，十水芒硝用于鹽析生產(chǎn)元明粉。芒硝一周期的析出率計(jì)算如下。

(1)鹽析完成液成分:NaCl質(zhì)量濃度為280 g/L(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%)，Na2SO4質(zhì)量濃度為54 g/L。

(2)回收鹽水中的Na2SO4:

(3)十水芒硝中硫酸鈉的析出率:

(4)生產(chǎn)1 kg元明粉實(shí)際消耗精制鹽的量:

4.2.2.4 蒸汽消耗

鹽析反應(yīng)在60℃左右就可完成，芒硝熔融吸熱由70℃左右的電解來(lái)淡鹽水加熱就足夠，熔硝吸熱利用淡鹽水余熱來(lái)完成可視為沒有蒸汽消耗。元明粉干燥使用蒸汽量為120 kg(干燥器廠家提供)。

4.2.2.5 冷凍量

(1)鹽析完成后的回收鹽水:

(2)實(shí)際回收鹽水:

(3)回收鹽水混入淡鹽水重新脫硝，脫硝后濃縮液為實(shí)際回收鹽水的10%，濃縮液換熱降溫后溫度5℃，十水芒硝結(jié)晶溫度－5℃，溫差10℃，十水芒硝結(jié)晶潛熱為214.434 kJ/kg;回收鹽水的比熱容為3.80 kJ/(kg·℃)。

(4)消耗冷凍量:

4.2.3 熔融十水芒硝硝漿實(shí)施過(guò)程(熔硝設(shè)備)

冷凍除硝沉降的芒硝料漿不再去離心機(jī)離心分離，而由泵注入到十水芒硝料漿增稠器中，在增稠器刮板的作用下形成稠厚均一的芒硝料漿，芒硝熔硝槽儲(chǔ)料區(qū)與硝漿增稠器下出口對(duì)接，稠厚的料漿直接進(jìn)入熔硝槽儲(chǔ)料區(qū)。熔硝水其中一路進(jìn)入熔融區(qū)內(nèi)，自下而上與儲(chǔ)存于儲(chǔ)料區(qū)的十水芒硝料漿接觸，在固液接觸面處發(fā)生熔融，熔融所形成的硝漿從絲網(wǎng)縫隙進(jìn)入熔融區(qū)，而儲(chǔ)料區(qū)的十水芒硝料漿靠重力下移繼續(xù)熔融;另一路熔硝水則進(jìn)入混熔器內(nèi)，與自熔融區(qū)沉降的硝漿混熔，在混熔器內(nèi)形成含固高硝溶液，以進(jìn)入下一工序。

熔硝槽與混熔器之間連接有溫差控制器，熔硝液管道上旁接有流量調(diào)節(jié)器，用于實(shí)現(xiàn)熔硝液管道兩路流量的分流。

4.3 淡鹽水膜法除硝其他技術(shù)的進(jìn)展情況

4.3.1 膜分離工序采用三段膜串聯(lián)工藝

借鑒一代泵杉樹型工藝，膜分離工序濃縮效率高，濃縮液質(zhì)量濃度可達(dá)80～100 g/L，穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)5年。

該工藝通過(guò)電腦數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算，優(yōu)化膜的配制，使各段膜處于最佳運(yùn)行環(huán)境，保證膜表面有足夠流速;采用多級(jí)高壓泵，一泵到底，保證系統(tǒng)硫酸鈉8倍以上的濃縮率。同時(shí)，由于各級(jí)進(jìn)液濃度相對(duì)較低，系統(tǒng)用膜量得到控制，相應(yīng)運(yùn)行成本也較低。采用循環(huán)濃縮工藝時(shí)，由于提高了膜的進(jìn)液硫酸鈉濃度，膜的運(yùn)行效率低，系統(tǒng)用膜量不僅需要增加約20%，增加了運(yùn)行成本的同時(shí)濃縮倍數(shù)也沒提高;如采用分段濃縮，即濃縮至質(zhì)量濃度為42 g/L的濃縮液泄壓后，再用泵增壓濃縮，造成能量損失，電耗高。現(xiàn)已完成多套由循環(huán)濃縮工藝(或分段濃縮工藝)改為三段膜串聯(lián)工藝的改造工作，均取得良好效果。

4.3.2 除硝膜活性恢復(fù)技術(shù)

該工序設(shè)計(jì)膜芯在線清洗及活性恢復(fù)系統(tǒng)，以提供膜芯在特殊情況下被污染堵塞或氧化失效時(shí)的清洗或活性恢復(fù)，使得膜芯對(duì)硫酸根的分離效率及滲透量均恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。前期使用的膜通過(guò)專門的活性恢復(fù)后，實(shí)際使用壽命已達(dá)7年。

4.3.3 高濃度料液冷凍技術(shù)

后處理工序可接受質(zhì)量濃度高于80 g/L的硫酸鈉濃縮液;濃縮液流量小、冷耗低、電耗小，與硫酸鈉質(zhì)量濃度為42 g/L的濃縮液相比，總液量減少50%，后續(xù)冷凍能耗可減少一半，共約1 003.2 kJ。同樣規(guī)模除硝量需要冷凍的鹽水減少了，大大節(jié)省了能耗。高濃度硫酸鈉(質(zhì)量濃度＞80 g/L)濃縮液進(jìn)冷凍系統(tǒng)已成功運(yùn)行;特殊設(shè)計(jì)的冷量平衡體系，降低結(jié)晶概率，是保持系統(tǒng)通暢穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

贏創(chuàng)三征(營(yíng)口)精細(xì)化工有限公司是在原有循環(huán)工藝低濃度冷凍系統(tǒng)上擴(kuò)產(chǎn)1倍，經(jīng)改造成為一代泵杉樹形膜濃縮，將濃縮液質(zhì)量濃度由原來(lái)的42 g/L提高到80 g/L以上;并改造冷凍系統(tǒng)，在沒有增加冷量的基礎(chǔ)上將原系統(tǒng)產(chǎn)能擴(kuò)大了一倍。能耗低，全系統(tǒng)電耗較原濃縮至質(zhì)量濃度為42 g/L時(shí)進(jìn)冷凍工序節(jié)約40%～50%的電耗。

5 芒硝脫水制元明粉具體實(shí)施方式

淡鹽水膜法除硝制元明粉工藝流程如圖1所示，該工藝將膜法除硝分離出的十水芒硝經(jīng)熔硝、加熱升溫以獲得高硝溶液，之后經(jīng)鹽析結(jié)晶、固液分離、干燥得元明粉，具體包括以下步驟。

圖1 十水芒硝脫水制元明粉工藝流程圖Fig.1 Process flow of sodium sulfate decahydrate dehydration to produce sodium sulfate anhydrous

5.1 熔硝

熔硝過(guò)程基于以上實(shí)施例的熔硝設(shè)備，熔硝時(shí)包括如下步驟。

(1)將十水芒硝由起重設(shè)備堆至熔硝槽固相區(qū)(或來(lái)自增稠器的十水芒硝料漿)。

(2)60℃熔硝液以5 m3/h的流量分為兩路:一路注入熔硝槽熔融區(qū)內(nèi)，將自上而來(lái)的固體十水芒硝(或芒硝料漿)浸在熔硝液中，在由下而上的熔硝液滲透下，十水芒硝熔融成硝漿;另一路去混熔器，在混熔器內(nèi)與來(lái)自熔融區(qū)的硝漿充分進(jìn)行熱量和物料的交換，形成有部分元明粉析出的含固高硝溶液。控制熔硝前后溶液的溫差Δt=10℃，制成溶液中Na2SO4質(zhì)量濃度為92.66 g/L，為含固高硝溶液。

熔硝液的選擇原則為:濃硝鹽水中Na2SO4的質(zhì)量濃度≤70 g/L時(shí)，采用回收硝鹽共飽和溶液循環(huán)使用;濃硝鹽水中Na2SO4的質(zhì)量濃度＞70 g/L時(shí)，濃硝鹽水或濃硝鹽水與硝鹽共飽和溶液按比例加入。

5.2 加熱升溫

引入自電解工序去膜法脫硝工序的78℃左右的淡鹽水，利用其余熱將來(lái)自混熔器的含固高硝溶液加熱至60℃，形成高硝溶液，儲(chǔ)存在高硝溶液罐內(nèi)備用。

5.3 鹽析結(jié)晶

將來(lái)自高硝溶液罐的高硝溶液與真空精制鹽在鹽析結(jié)晶器內(nèi)按比例充分混合，經(jīng)鹽析結(jié)晶，十水芒硝以元明粉的形式析出。

先將上述高硝溶液與熔硝液混合，真空精制鹽再以一定速度連續(xù)加入，以達(dá)到真空精制鹽緩慢溶入體系的目的。

真空精制鹽的加入量以使鹽析上清液中NaCl含量≤共飽和度時(shí)，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%為控制指標(biāo)，微調(diào)NaCl加入比例，以保證無(wú)水芒硝產(chǎn)品中不含固體鹽。

無(wú)污染的真空精制鹽放置在精鹽料倉(cāng)中，由螺旋加料器準(zhǔn)確計(jì)量，輸送至鹽析結(jié)晶器中，設(shè)置鹽加料量與硝漿流量比例，調(diào)節(jié)控制鹽硝的比例。

鹽硝比例參考值如下:按照1 m3高硝溶液加入21 kg固體NaCl鹽析劑的配比，固體NaCl以1 116.98 kg/h的速度連續(xù)加入鹽析結(jié)晶器內(nèi)。

5.4 固液分離、干燥

將鹽析結(jié)晶后的物料送入沉降分離器內(nèi)沉降分離，稠厚的漿料經(jīng)硝漿泵進(jìn)入離心機(jī)，離心分離出濕元明粉和含少量元明粉的硝鹽共飽和溶液。

濕元明粉干燥后即成產(chǎn)品外售。

5.5 冷凍脫硝

將所述硝鹽共飽和溶液分兩路，一路作為熔硝液，回熔硝設(shè)備再次熔硝;另一路去冷凍脫硝，回收未析出的Na2SO4。

5.6 鹽水回收

將冷凍脫硝后的貧硝鹽水送去氯堿裝置化鹽，作為燒堿原料進(jìn)入氯堿系統(tǒng)。

6 芒硝新脫水技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

(1)芒硝新脫水技術(shù)實(shí)現(xiàn)十水芒硝鹽析脫水，熔硝步驟是關(guān)鍵。通過(guò)引入40～70℃硝鹽共飽和溶液作為十水芒硝，整個(gè)脫水過(guò)程的載熱、載物流體，將十水芒硝熔融時(shí)發(fā)生的不易控制的固液變化轉(zhuǎn)化為硝鹽水混合物易控狀態(tài)。用硝鹽水混合物循環(huán)流動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移和物料的溶入及析出，完成十水芒硝脫水制元明粉的基本工藝流程;在特制的熔硝設(shè)備內(nèi)，利用溫差控制熔硝量，令溶液中Na2SO4的含量、鹽硝比例以及產(chǎn)品質(zhì)量都實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

(2)芒硝新脫水技術(shù)所涉及的芒硝脫水法實(shí)現(xiàn)了與原膜法除硝系統(tǒng)相融合，彌補(bǔ)了其缺失的生產(chǎn)元明粉工藝的最后一步，真正實(shí)現(xiàn)了膜法除硝的價(jià)值。氯堿原料中的有害雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成為優(yōu)質(zhì)的無(wú)機(jī)鹽，做到了鹽資源的綜合利用，為地下鹵水大規(guī)模使用創(chuàng)造了條件。配合新的膜法除硝技術(shù)的升級(jí)，以回收鹽水抵扣精制鹽成本，每生產(chǎn)1 t元明粉不僅回收了鹽水，膜法脫硝所用成本還可贏利140元/t(元明粉價(jià)格以560元/t計(jì))。

(3)芒硝新脫水技術(shù)節(jié)能，省去了十水芒硝脫水所有的蒸發(fā)系統(tǒng)，操作溫度低，為40～70℃。利用低品位的熱源(如來(lái)自電解工序的約78℃的淡鹽水)熔融升溫。與蒸發(fā)濃縮法相比，每生產(chǎn)1 t元明粉可節(jié)約蒸汽1 400 kg以上，用于鹽析的NaCl作為燒堿的原料回用，除產(chǎn)品干燥外，不存在物料及能量的消耗。

(4)芒硝新脫水技術(shù)環(huán)保，參與循環(huán)的物料包括水分，無(wú)任何消耗和排出。

(5)新硝脫水技術(shù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)晶顆?？刂七^(guò)程穩(wěn)定合理，顆粒大且均勻，達(dá)到了元明粉Ⅰ類二等品以上的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。