大粒度元明粉工艺技术装置设计探讨.pdf

第41卷
中国井矿盐
VOLAL
CHINA WELL AND ROCK SALT
大粒度元明鼎工芝技汇楚員设撮
黄成
(自贡市蓝光应用技术研究所,四川自贡643000
摘要:市场的多样化需求,大粒度高品质元明粉将赢得竟争。探讨设计符合结晶学原理又易于改造
或新建的蒸发结晶设备。控制好结晶过程是增产增效的重要手段。本文着重从结晶理论出发,对影响结晶
粒度的因素进行分析,提出具有較强适应性的蒸发结晶器的设计
关键词:大粒度元明粉;结晶粒度;逆循环蒸发罐;Oslo结晶器
中图分类号:TS
文献标识码:B
文章编号:1001-0335(2010)02-0013-05
On the Design of the Technical and Process Facility for Producing
Large-grain Sodium Sulfate Process
HI
LGWY Application Technology Research Institute, Zigong Sichuan 643000)
Abstract: The need for market diversity enables the large-grain and high quality products to win the
ompetition. This paper dissusses the design of the evoporation plants which is consistent with crystallization
principles and easy to modify the existing plant or set up new plant. Well-controlled process of crystallization
theory, he factors that affect the crystal size and makes the design of an applicable evaporation crystallizer.
Key words: large-grain sodium sulfate; crystal size reversed-circulation evaporator; Oslo crystallizer.
前言
在生产过程中提高芒硝的质量
大粒度的无水硫酸钠以其高纯度、质量好、外
通过结晶理论的分析认为以逆循环蒸发罐型和
形美观、易与母液分离、易电解溶解度小、洗涤方Oslo型结晶器为原型的大粒度元明粉装置,既符
便等优点用作洗涤印染,太阳能贮热材料、配制水泥结品理论,又可方便控制结品粒度,具有比DTB型
早强剂,以及用其和氯化钾分解生产硫酸钾等而用结晶器更好的适应性。
途广泛。特别是市场的多样化需求,大粒度高品质元
蒸紱结晶理论
明粉将贏得未来竞争。
结品是溶液中析出固体的过程,溶质从溶液中
元明粉的生产工艺主要有以下几种:一是纯芒结晶出来,分为两个过程,即成核过程和晶核成长过
硝多效真空蒸发结晶,二是硫酸钠型卤水或净化成
程。成核过程即指在饱和溶液中新生成结晶微粒作
硫酸钠型卤水的盐硝联产和母液热法提硝装置,或为结品的核心。按其形成模式大体分为:初级成核和
冷冻提硝后化硝真空蒸发。这些装置共同存在的一
二次成核。初级成核是指在完全清净的饱和溶液中,
个问题就是元明粉粒度细。而且热法工艺装置中的由于分子、原子或离子构成运动单元,互相撞碰结合
芒硝质量不高。不能很好适应市场。那么如何在新建成晶胚线体,晶胚可逆地解离或生长,当生长到足够
和现有装置基础上方便实现大粒度元明粉的生产
大,能与溶液建立热力学平衡时,就可称为晶核。只
呢?一要有符合结晶规律的工艺技术装置,二要方便有当过饱和度大而料液中晶核较少时才会发生初级
于新建或改造需要,三是投资不能太大。大粒度元明成核。初级成核会产生大量晶核,由于其突发性和不
粉工艺技术装置既可解决苦硝颗粒小的难题,又可可控性、所以工业生产中要尽是避免初级成核的发
作者简介:黄成(1976-),男,四川自贡市人,本料,工程师,主要从事制盐及盐化エ工艺研究及管理工作。
2010年3月第2期13
黄成:大粒度元明粉工艺技术装置设计探讨
生
在温度-溶解度关系图中,SS曲线下方为稳定
次成核主要分为流体剪应力成核和接触成区,该区域溶液是稳定的;在SS曲线和TT曲线之
核。真空蒸发生产中,二次成核是晶核的主要来源。间为亚稳定区,如不采取一定的手段(如加人晶核),
二次成核是决定粒度分布的关键之一,控制好二次溶液可长时间保持稳定;亚稳定区可以进一步划分
成核速率是蒸发生产的要点。在工业界中,常用经验刺激结晶区和养晶区,在TT"曲线以下为养晶区,该
表达式来描述二次成核速率(B),即:
区域不会自发成核,加入晶种后品体会生长,但不会
B=KCM(△C)或B=K、 GMIW"△C)
产生新晶核。在TT"曲线以上为刺激结晶区,该区
式中:B成核速率,No./m3s;
域也不会自发成核,但加入品种后,在结晶生长的同
KN一成核动力学常数;
时会有新晶核产生。在TT曲线的上半部的区域称
W搅拌强度(mm,搅拌搅边缘速率,为不稳定区,在该区域溶液自发形成大量晶核;晶体
能量输人速率);
生长速度快。晶体尚未长大,溶质浓度便降至饱和溶
Mr一悬浮密度,kg/h
解度,此时已形成大量的细小结品晶,品体质量差;因
C一晶体的生长速率,um/s;
此,工业生产中通常采用加入晶种,并将溶质浓度控
△C一过饱和度,gyL。
制在养晶区溶液的过饱和度,以利于大而整齐的晶
幂指数
为经验动力学参数(受操作条体形成
件影响的因素),可用实验数据的回归分析确定。式中
在SS曲线和TT曲线之间的区域,也叫溶液的
M-Kp」。nLdL.由于硫酸钠品体是斜方型,所以上
过饱和区域,溶液的过饱和度用S表示,则有如下关
系式:
式中体积形状因子Kv取为1。结晶成长是晶核生成
Ins=In-=
后,溶质分子或离子会继续一层层地排列上去而形
C* PRTY PRT y
成晶粒。常见结晶成长速率数学表达式为:G=KAC8
凯尔文( Kelvin)公式
式中:G一成长速率,m/s;
式中:S溶液的过饱和度;
kg一成长动力学常数(一般为温度的
o晶体的表面张力,N/m
函数);
M一该物质的分子量,mol;
△C一过饱和度,g/L
p-晶体的密度,kg/m3;
C一幂指数。
R—摩尔气体常数,J/molK
根据上述两式可以看出,晶核的形成与晶体的
T温度、K
成长都必须有过饱和度作为推动力,过饱和度越大,
晶体的半径,m
晶核形成和晶体成长速率都越大。合适的过饱和度
C在某温度下过饱和溶液的浓度
和形成以结晶成长为主条件是生产控制的要点。
C*一一在某温度下饱和溶液的浓度。
3硫酸钠温度与溶解度的关系
从上式可看出:在一定温度下,特定的溶液,8、
M、p、R、T五个参数均为常数,晶体的粒度只与过饱
和度相关、且和过饱和度对数成反比,也就是说溶液
浓
的过饱和度越大,晶