【doc】 蒸发结晶盐配制电解盐水工艺研究

【doc】 蒸发结晶盐配制电解盐水工艺研究 蒸发结晶盐配制电解盐水工艺研究 第11期 2005年11月 氯碱工业 Chlor——AlkaliIndustry No.11 Nov.,2005 蒸发结晶盐配制电解盐水工艺研究 纪利俊,江雄旺,朱家文.,岳群,武斌.,陈葵. (1.华东理工大学化学研究所,上海200237;2.上海氯碱化工股份有限公司,上海200241) [关键词]烧碱生产;蒸发结晶盐;淡盐水;电解盐水 [摘要]介绍以氯碱厂隔膜法烧碱生产中产生的蒸发结晶盐配制的盐浆为原料,并利用离子膜法烧碱生产中 的副产淡盐水,在溶盐塔内进行盐溶解制饱和盐水实验,取得了良好的效果;在适宜的实验条件下,制得盐水中的 NaC1质量浓度达到305--320g/L,且不含固体悬浮物;并根据传质理论,建立了盐颗粒溶解过程模型.实验结果 明,溶盐过程是盐浆沉降,盐浆分散,盐颗粒扩散溶解的过程;盐浆浓 度对溶盐效果影响不大. [中图分类号]TQll4.261[文献标识码]B[文章编 号]1008—133X(2005)11—0015—03 StudiesO11theprocessofproducingelectrolyticbrineby? IpOcrystallinesalt Li一.,JIANGXiong—wang,ZHUJia一让.,YUEQun,VUBin.,CHENKui. (1.ChemicalEngineeringResearchCenterECUST,Shanghai200237,China; 2.ShanghaiChlor—AlkaliChemicalCo.,Ltd.,Shanghai200241,China) Keywords:caustic.sodaproduction;crystallinesaltbyevaporation;dilutebrine;electrolyticbrine Abstract:Aprocessisintroducedthatsaturatedbrineisproducedinasaltdissolvingtowerbytak- ingslurryofvaporizedcrystallinesaltfromdiaphragmcausticsodaproductionanddilutebrinefromion —exchangemembranecausticsodaproduction.Undersuitableconditions,themassconcentrationof sodiumchlorideintheproductbrinestreamamountsto305, 320g/L,whilenosuspendedsolidis contained.Asaltdissolvingmodelisestablishedbasedonmasstransfertheory.Theexperimentalresults showthattheprocessofsaltdissolvingincludessaltslurrysedimentation,saltslurrydispersingandsalt particledispersinganddissolving,andtheconcentrationofsaltslurrydoesn’t affectsaltdissolvingsig一 盐水配制是电解食盐水溶液生产烧碱的非常重 要的一步,原盐溶解后,需经过澄清,过滤,洗泥等精 制工序才能得到合格的盐水进入电解工段.对精制 盐水的质量要求为:』D?a为305320dL,(锄++ w)<5×10一.,lD一<10g/L,锄悬浮固体物<5× 10一.目前,国内氯碱厂多采用离子膜法和隔膜法共 存的制碱工艺,隔膜法烧碱生产过程中产生的蒸发 结晶盐和离子膜法生产过程中产生的淡盐水都是杂 质含量极低的配制电解盐水的优质资源,国内有些 氯碱厂将这部分优质原料返回到原盐溶解工段,不 仅不能使这些优质资源得到有效的利用,并且增加 了盐水精制工段的负荷.从盐水用量平衡情况来 看,将淡盐水用蒸发结晶盐进行饱和后,完全可以满 足隔膜法电解生产的需要-l】.国内氯碱厂大多采用 传统的固定床溶盐工艺,使用粒径为3,4inrn的海 湖盐.然而,蒸发结晶盐平均粒径小于100tLm,采 用固定床溶盐工艺,床层压降很大,同时小颗粒盐在 静压下会彼此黏接,结块,造成盐层板结,固化J. 虽然罗德华,陈文华等人曾研究了小颗粒盐配制饱 和盐水的工艺】,但这些工艺没有从根本上解决 悬浮固体物去除以及盐水浓度难以控制等关键性的 技术问题.目前,采用小颗粒盐配制饱和盐水的操 作多凭经验进行,没有详细的实验数据.本文中在 连续逆流溶盐塔中测定了制备饱和盐水的工艺参 数,为今后生产设备的设计及制造提供了实验依据 及设计依据. [收稿日期]2005—06—03 [作者简介]纪利俊(1972一),男,讲师,现在华东理工大学化学工程研 究所工作,主要从事传质与分离工程研究工作. 15 氯碱工业2005血 1实验部分 1.1实验条件 实验所用淡盐水取自离子膜电解工段,NaC1的 质量浓度为206.85g/L.实验所用盐浆有两种,含 固体盐分别为30%(体积分数,下同)及40%,用隔 膜电解工段离心出来的蒸发结晶盐和离子膜电解工 段的淡盐水按比例配制.蒸发结晶盐实测含水质量 分数为4.51%,配制时按比例扣除. 1.2实验装置及流程 实验流程图见图1.实验用溶盐塔的主体用有 机玻璃材料制作,主要包括3个部分:底部锥体,中 间筒体和顶部溢流接收简体.底部锥体顶角为 90.,通过法兰与中间简体连接.中间筒体为有机玻 璃直筒,内径150ITIITI,外层有同心有机玻璃简体作 为保温夹套,夹套内径170mm,简体上每隔100 ITIITI开1个取样口.溢流接收简体内径为210nlm, 底部开溢流出水管. 1一淡盐水贮槽;2一磁力泵;3--流量计; 4一盐浆计量瓶;5一溶盐塔;6一取样口 图1溶盐实验流程图 实验所用淡盐水取自上海氯碱化工股份有限公 司电化厂离子膜电解工段,加热至50?,由磁力泵 经转子流量计从溶盐塔底部加入,通过阀门控制流 量.实验中,由计量瓶计量的盐浆从塔顶部加入,在 溶盐塔中与淡盐水逆流接触,溶解.当实验处于稳 态操作时,开始从取样口自下而上依次取样.每个 取样口取100mL料液,经抽滤后,滤液采用莫尔法 测定Naa的浓度. 2实验结果及讨论 2.1盐颗粒的极限带出速率 悬浮固体物的质量分数低于5×10一是合格盐 】6 水的一个重要指标.对于精制盐水而言,悬浮固体 物指未溶解的盐颗粒.盐水中的盐颗粒会影响隔膜 和离子膜的寿命,并产生安全隐患l5J.盐溶解过程 中盐颗粒直径是逐渐变小的,与固定直径颗粒的带 出速度不同,当盐水达到饱和时,盐水流速超过了直 径变小但还未被完全溶解的盐颗粒的带出速度,盐 颗粒就会被带出.实验考察了盐浆中盐颗粒的带出 速度,当盐水流速超过8.2m/h时,盐颗粒会被带 出.实验中可以看到,大部分盐颗粒受盐浆中的饱 和盐水包裹,沿塔向下沉降.在沉降的过程中,盐浆 开始分散,盐颗粒逐渐扩散到淡盐水中溶解,溶盐过 程是盐浆沉降一盐浆分散一盐颗粒扩散溶解的多步 过程. 2.2盐水在塔中的轴向浓度分布 在淡盐水流速为7.9m/h时,采用不同浓度的 盐浆进行了溶盐实验,测定了盐水浓度沿溶盐塔轴 向的分布情况,结果见图2,图3,盐水质量浓度』D 基本上是沿塔高H直线上升的,接近饱和时,盐水 质量浓度的增大幅度趋缓. 图 ,,/m 图3盐浆体积分数为40%时的盐水轴向浓度分布图 2.3盐浆浓度的影响 根掘淡盐水的质量浓度,)随塔高H变化的 数据,采用最小二乘法拟合,可得盐浆体积分数为 第1】期纪利俊等:蒸发结晶盐配制电解盐水工艺研究 30%时H与』0aa的关系为: p=28.86H+216.25, 其中:H?3.2m,拟合的相关系数R=0.9935. 盐浆体积分数为40%时则有: f.d=27.23H+217.99, 其中:H?3.4m,R=0.9918. 凡都大于0.99,说明盐水质量浓度』DM与塔高 H呈直线关系是可信的.由H与』0关系式可知, 盐浆体积分数为30%时,盐水在溶盐塔中每升高1 n1,其质量浓度可增加28.86g/L;盐浆体积分数为 40%时,盐水在溶盐塔中每升高1n1,其质量浓度可 增加27.23L.由此可见,盐浆浓度对溶盐过程有 一 定的影响,但影响不大. 3NaC!晶体溶解过程模型分析 NaCl晶体为正方形晶体,其起始直径为d.(m; 以其边长作为直径),其溶解过程分为两步:?NaCI 品体在水分子的作用下,晶格发生破坏,离解成钠离 子和氯离子;?离解下来的离子通过边界层向主体 扩散. 根据Fick定律引,则有: =K-S.?p,(1) 其中:Ant为晶体的质量变化,kg;K为边界层向液 相主体的传质系数,m/s;At为时间间隔,s;S为晶 体的表面积,m2;Ap为边界层处溶液与液相主体溶 液的质量浓度差值,kg/m3. 而K值与晶体的溶解温度及盐的品质有关,可 视K(m/s)为常数,则NaC1晶体向流动液相中的溶 解速率可表示为: =K?s??l0,(2) 其中:A/ItNaCI为NaC1晶体在?,(S)时间间隔内的质 量变化,kg;S为NaC1晶体的表面积,m2;?p 为边界层处NaC1溶液与液相主体中NaC1溶液的 质量浓度差值,kg/m3(即L). 在?,时间间隔内,从NaCl正方体晶体上溶解 掉的体积为?,厂(m3),设P.为NaC1晶体的密度 (kg/m3),则: ?7”=AVN’P0.(3) (上接第l4页) 戈尔过滤技术给传统盐水精制工艺带来了一次 革命,大幅度地提高了盐水质量,极大地改善了电解 d为,时刻NaC1正方体晶体的直径,m;在?, 时间间隔内被溶解的晶体的直径变化为?,m.则 有?,厂=6d??,代入(2)式,化简得: — Po-— Ad A:K.?J0N, t…j】’ (4) 将交(4)积分得:d.一:_K.ApNaC1.f,(5) po 其中:?』0妇为溶解过程中,时刻晶体界面边界层处 NaCl溶液与液相主体NaC1溶液的质量浓度平均差 值,kg/m~. 当NaC1晶体完全溶解时,d=0,晶体完全溶解 所需时间为r(s),则: d.:—K”A — pN~a.r .(6) 0 由此可见,NaCl晶体完全溶解所需时间与粒径 成线性关系. 4结语 (1)用连续逆流溶盐塔来重饱和淡盐水是可行 的.在合适的工艺条件下,溶盐塔能够制得不含固 体悬浮盐的饱和盐水.利用盐浆来重饱和盐水的办 法解决了固体盐的输送和计量问题. (2)盐浆浓度对溶盐过程有一定的影响,但影响 不大. (3)建立了NaC1晶体溶解过程的动力学模型, 模型显示NaCl晶体完全溶解所需的时间与粒径成 线性关系. 参考文献 [1]岳群.隔膜法与离子膜法综合制碱盐水供给系统工艺 改造的探讨[J].中国氯碱,1999,(11):15—19,30. [2]陆忠兴,周元培.氯碱化工生产工艺(氯碱分册)[M].北 京:化学工业出版社,1995. [3]罗德华,伍小望.优化化盐工艺降低生产成本[J].中国 氯碱,2003,(9):12,13. [4]陈文华,钱祖利.脱氯淡盐水重饱和工艺运行小结[J]. 氯碱工业,2004,(5):7—8. [5]孙勤,曾少行.精盐水质量对氯碱生产的影响及对策 [J].氯碱工业,2000,(12):7—10. [6]朱炳辰,房鼎业,张成芳,等.化学反应工程[M].化学工 业出版社,1998.[编辑:费红丽] 槽运行状况.而通过严格管理,精心操作,延长滤膜 的使用寿命,还可以降低运行成本.因此,这项技术 值得在氯碱行业中大力推广.[编辑:费红丽] 17