工艺分析
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第1648页（5954字）
(一)溶硝
将粗硝加水溶解，经沉降分离掉泥沙不溶物，制得澄清的、含Na2SO4接近饱和的硝液，供蒸发工序使用。
1．溶硝 将粗硝、洗泥水按一定比例加入有搅拌器的圆筒中，同时通入蒸汽。操作中要控制好溶硝温度及硝液浓度。溶硝温度过低(如32．38℃)，虽然Na2SO4的溶解度较大，但溶解速度慢，硝泥沉降速度很低；溶硝温度过高时，Na2SO4溶解度低，热量损失大。生产实践证明：浑浊硝液温度宜控制在60～75℃，波美度宜控制在31～32°Bé。
1t粗硝约用0．41m3的洗泥水和0．2t的蒸汽，每1t产品硝约用3．2t的粗硝。
75℃时浑浊硝液的波美度与硫酸钠含量关系见图6－4－8。
图6－4－8 75℃时浑浊硝液的波美度与硫酸钠含量的关系
沉降在溶硝槽底部的泥渣称为“一次泥”，用水将一次泥洗涤后，泥渣排弃，洗泥水作溶硝用。
2．硝液澄清 由溶硝槽泵出的硝液中，仍含有较多的细泥沙，一般采用连续式沉降器使固液分离。溶硝温度及硝液波美度对硝泥沉降速度有明显的影响。对某厂硝泥沉降速度的测定结果见图6－4－9及图6－4－10。
图6－4－9 硝泥沉降速度与硝液温度的关系
图6－4－10 60℃时硝泥沉降速度与硝液波美度的关系
一般硝泥的沉降速度为0．1～0．2m／s，因芒硝产地不同硝泥沉降速度略有不同，最好通过实验进行测定，为设计提供可靠的依据。年产1万t无水硝的规模，用Φ9m的沉降器，基本上可满足工艺要求。长芦盐区某厂无水硝车间的粗硝液、清硝液及硝泥的成分见表6－4－7。
表6－4－7 长芦盐区某厂无水硝车间的硝液及硝泥组成
3．硝泥洗涤 由硝液沉降器锥底排出的泥渣，生产上称“二次泥”，其中含Na2SO4约为20%，通常要用淡水洗涤回收。生产上常采用系统中的刷罐水或冰凝水(60℃以上)，在三层洗泥桶中进行逆流洗涤。洗泥水用量以满足溶硝工序的需要即可。
三层逆流洗泥桶示意图见图6－4－11。
图6－4－11 三层洗泥桶示意图
硝泥、洗后泥及洗泥水的组成见表6－4－8。
表6－4－8 长芦盐区某厂无水硝车间硝泥、洗后泥、洗泥水的组成
(二)硝液蒸发
澄清的硝液通过蒸发，使硫酸钠达到饱和后结晶析出，达到与可溶性杂质盐类分离的目的。因此，在蒸发过程中只允许硫酸钠析出，不允许氯化钠和硫酸镁等杂质盐折出，为此必须控制好蒸发温度和蒸发的终止浓度，选择适宜的蒸发流程，以提高产质量，降低能源消耗。
1．蒸发温度 可通过对Na+、Mg2+／／Cl－，SO42－－H2O体系的多温相图分析，选择出适宜的蒸发温度，见图6－4－12和图6－4－13。
图6－4－12为Na+，Mg2+／／Cl－，SO42－－H2O体系多温立体图在2Na+－Mg2+方向的投影图。
图6－4－12 Na+，Mg2+／／Cl－，SO42－－H2O多温图
M1－MgSO1·H2O Vant－3Na2SO4·MgSO4 As－Na2SO4·MgSO44H2 LÖw－Na2SO4·MgSO4·2．5H2O
图6－4－13为Na+、Mg2+／／Cl－，SO42－－H2O体系中，Na2SO4结晶区在55℃、75℃、100℃和150℃4个温度下的变化图。
图6－4－13 Na+，Mg2+／／Cl－，SO42－－H2O150℃，100℃，75℃，55℃多温平衡图
由图6－4－12看出，温度在50℃以上时，Na2SO4结晶区随温度的升高而缩小，靠近Na2SO4结晶区的是3Na2SO4·MgSO4和NaCl。复盐3Na2SO4·MgSO4结晶区，自48．5℃出现后，随温度的升高而扩大。这表明，在高温下或在卤水中MgSO4含量较高时，蒸发对Na2SO4的析出是不利的：一是在保证硝质量的情况下Na2SO4析出率降低；二是在保证Na2SO4有较高析出率的情况下，可能有3Na2SO4·MgSO4复盐及NaCl析出，从而影响硝的质量。而且复盐3Na2SO4·MgSO4的结晶粒径很细，沉降速度极慢，悬浮在母液中不易分离。这种现象生产上时有发生，称为“乱罐”。发生“乱罐”现象后排出的硝浆夹带母液量增大，使脱水和干燥困难，严重影响硝的质量。
图6－4－13中，C1D1，C2D2，C3D3，C4D4分别为Na2SO4和3Na2SO4·MgSO4在55℃，75℃，100℃和150℃时的共饱线，A点为清硝液的体系点(耶涅克指数为2Na+：96．15，SO42－：91．57，H2O：1900)，由A点的位置看出：在55℃、75℃和100℃时，A点落在Na2SO4结晶区内，在150℃时已落在3Na2SO4·MgSO4的结晶区。显然，这是随着温度的升高3Na2SO4·MgSO4和Na2SO4共饱线向Na2SO4结晶区内移动的结果。在55℃，75℃，100℃温度下蒸发的终止液相点为B3、B2和B1点(即Na2SO4和3Na2SO4·MgSO4开始共饱的界限点)，也明显地看出随着温度的升高，B点将靠近A点，说明同一清硝液在高温下蒸发，Na2SO4析出率低；在低温下蒸发，Na2SO4析出率高。从理论上计算出SO42－的析出率分别是96%，93%和86%。可见清硝液在较低温度下蒸发浓缩，对无水硝的产质量是有利的。
2．蒸发终止浓度 为使Na2SO2充分析出，又不致复盐3Na2SO4·MgSO4和NaCl结晶析出，从理论上讲，蒸发终止浓度应控制在B点(B1，B2，B3)或稍提前一点。实际生产中控制排放母液的标准见表6－4－9。
表6－4－9 硝母液排放的控制标准
各厂因所用原料和操作条件不同，控制排放母液的标准也略有不同。
3．蒸发流程的选择在无水硝生产中，广泛采用蒸发罐浓缩硝液。蒸发的效数及流程依据物料性质及工艺要求而定。由于饱和硝液的沸点升较低(3～5℃)，为提高热利用率，宜采用三效或四效蒸发，但也有不少盐化厂是采用两效蒸发的。
由于硝液在较低温度下蒸发排料比在高温下蒸发排料更为有利，多效蒸发的流程应选择顺流或错流操作。以三效为例：顺流排料时是将清硝液先进Ⅰ效，蒸发浓缩后的母液和析出的无水硝一同转入Ⅱ效，再转入Ⅲ效，最终由Ⅲ效将硝浆排出。其操作简便，各效间可利用压力差转料，最终排料温度较低，故热利用率较高；但Ⅲ效内料液浓度较高，温度低，粘度大，影响Ⅲ效传热系数。错流操作时是将清硝液进入Ⅰ效和Ⅲ效，蒸发浓缩后将母液和析出的无水硝都转入Ⅱ效，最终由Ⅱ效将硝浆排出，排料温度在75℃左右，既满足蒸发工艺的要求，又可克服顺流操作的不足。图6－4－7的流程中蒸发系统即采用错流操作。
4．蒸发母液的处理蒸发母液中氯化钠和硫酸镁的浓度不断增高，蒸发后期这些杂质盐类将影响产品硝的质量，应定期排放。但母液中仍含有相当多的Na2SO4，通常采用盐析法回收处理，即将原盐或(氯化钾生产中副产的)苦盐，按一定比例掺入母液中，借助同离子效应，降低Na2SO4的溶解度，使Na2SO4进一步析出。这一盐析过程可在75℃的Na+，Mg2+／／Cl－，SO42－－H2O体系的平衡图中进行分析，如图6－4－14。
图6－4－14 75℃时盐析过程相图分析
蒸发母液的组成(g／L)：
Na2 SO4 NaCl MgSO4 CaSO4 °Bé／℃
118．4 179．5 66．2 1．9 26／93
忽略CaSO4后，换算成耶涅克指数后标在图6－4－14上，在干盐图上体系点为A，在水图上为a。食盐的固相点为B点。与蒸发母液按一定比例配料后的体系点为C，在水图上为c点(注：干盐图上的大写字母与水图上各小写字母一一对应)，c点恰在水图上的c1c2之间，为Na2SO4的单独析出阶段。析出Na2SO4后的液相点为D′点(水图上为d点)。根据计算可知：每1m3蒸发母液，掺兑130kgNaCl后，可得无水硝90kg，Na2SO4的析出率为60%。
将苦盐(MgCl2：0．82%，NaCl：92．96%，MgSO4：0．09%，CaSO4：0．1%)与母液按不同的配料比例进行盐析试验，温度为90℃，搅拌时间为30min。其实验数据列于表6－4－10中。
表6－4－10 蒸发母液盐析硝室内试验数据
注：盐析温度90℃，搅拌时间30min。
由表6－4－10可以看出，随着加盐量的增加，Na2SO4的析出量和析出率逐渐增加；但加盐量达一定程度后，盐析硝中的NaCl和MgSO4明显增加，影响硝的质量。故应根据母液组成及盐析温度，加入适量的NaCl，以保证盐析硝的质量。盐析时的加盐量，可按下面的经验公式进行估算：
式中 G——加盐量(kg)
V——被盐析母液量(m3)
M——1m3盐析后母液应有NaCl量(kg／m3)
N——1m3被盐析母液中NaCl含量(kg／m3)
P——苦盐或海盐中NaCl含量(%)
95%——防止NaCl过剩而影响盐析硝质量的系数
蒸发系统排出的蒸发母液，也可排入卤池贮存，作为冬季冻硝的原料。
(三)脱卤与干燥
蒸发罐排出的硝浆，经离心机脱卤后即得湿硝，含水量为3～4%。常用的离心机有三足离心机、WG－800刮刀离心机和WH－800活塞推料离心机。脱卤后的湿硝组成见表6－4－11。
表6－4－11 离心脱卤后湿硝的组成
湿硝需进一步干燥。在选择干燥设备时，应注意湿硝粒度小(0．15～0．2mm)、易粘壁结巴的特点。目前广泛采用的有气流干燥器和流化床干燥器，两者经济效能相近。气流干燥器在干燥管顶端易结巴，但可以与气流输送结合起来，便于干硝入库。沸腾床干燥器操作简单、适应性强、维修方便。两种干燥设备的性能比较见表6－4－12。
表6－4－12 气流干燥器与沸腾床干燥器性能比较
气流干燥器操作参数：
热空气温度：120～140℃
尾气温度：65～80%
空气耗量：1．3～1．6kg空气／kg湿硝
干燥管气速：20m／s左右
干燥时间：0．5s左右
沸腾床干燥器操作参数：
热空气温度：120～140℃
尾气温度：65～80℃
空气耗量：1．3～1．6kg空气／kg湿硝
空床气速：0．8～1．5m／s
床上气压：－50Pa
静床物料高：150～200mm
流化床料层高：300～500mm
以盐田芒硝为原料，全溶蒸发法生产无水硝各中间物料的化学组成见表6－4－13。
表6－4－13 全溶蒸发法生产无水硝中间物料组成
