液相水合器內部結構的優(yōu)化改進

王鑫

摘 要：液相水合器作為液相水合法制低鹽重質純堿的核心設備，其運行的穩(wěn)定性是控制產品質量的重要環(huán)節(jié)之一。通過對設備結構的優(yōu)化改進，提高設備運行效率，緩解設備內部結疤現(xiàn)象，提高產品產量、品質，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經濟效益。

關鍵詞：結疤；液相水合法；優(yōu)化改進；液相水合器

1 前言

隨著科學技術的進步和各工業(yè)領域的迅猛發(fā)展，對基本化工原料——純堿的品質及產量要求也隨之提高。低鹽重質純堿具有以下特點：（1）鹽分低；（2）堆積密度大；（3）更環(huán)保。由于其形狀為顆粒狀，便于運輸、存儲和使用，適合于工業(yè)自動化操作。較之輕質純堿，可節(jié)省大量的包裝材料和費用。所以，提高低鹽重質純堿的品質，增加生產能力是純堿行業(yè)的當務之急。

我國天然堿資源稀少，且生產成本較高，為降低生產成本，提高堿產量，經不斷的探索和研究，較之前的生產工藝有了長足的進步。目前，國內低鹽重質純堿的生產方法主要有固相水合法、液相水合法和擠壓法，但就經濟性以及市場需求量而言，固、液水合法生產的低鹽重質純堿遠遠優(yōu)于擠壓法。本文通過液相水合法生產低鹽重質純堿，著重介紹其核心設備——液相水合器的改進及優(yōu)化，緩解設備內部的結疤現(xiàn)象，提高設備的運行穩(wěn)定性及生產能力，為提高低鹽重質純堿的品質打下堅實的基礎。

2 液相水合法重生產低鹽重質純堿概述

2.1 流程簡述

液相水合法制重質純堿以輕質純堿為原料，在一定的溫度條件下，在水合器內與母液發(fā)生水合反應，生成一水堿結晶（一水碳酸鈉），然后一水堿晶漿進入稠厚器稠厚，再進入分離機固液分離，得到合格的一水堿，最后進入流化床干燥、冷卻得到重質純堿。

2.2 液相水合法的特點

液相水合法制重質純堿是將輕質純堿加入懸浮晶漿，在設備內進行水合反應，其實質是將輕質純堿溶解于母液中進行再結晶，使分子內部結構發(fā)生變化，從而增大了密度并降低了氯化鈉含量；而固相水合法是將輕質純堿和水在回轉水合機內進行水合反應，其反應是固相中完成的，它不能改變原料的化學成分，致使產品中氯化鈉的含量不能得到明顯改善，所以較之固相水合法，液相水合法制出的低鹽重質純堿更符合各個工業(yè)領域產品的生產制造要求。正是由于液相水合法具有以上獨特的優(yōu)點而受到更多的關注，液相水合法的生產工藝和設備是需要不斷研究和創(chuàng)新的目標。

從長時間的生產實踐中可以發(fā)現(xiàn)，一水碳酸鈉的形成品質，直接影響低鹽重質純堿的化學成分、粒度、堆積密度及顆粒形狀等質量指標，想要得到顆粒均勻優(yōu)質的產品，首先要控制一水碳酸鈉（Na2CO3·H2O）的結晶過程，結晶過程的好壞是受多種因素制約的，如一水堿懸浮液中的晶漿濃度（固液比）、物料在水合器內的停留時間等。但設備的結構形式、攪拌器的形式和攪拌速度、進料溫度、母液溫度、結晶溫度等對一水碳酸鈉的形成及品質起著至關重要的作用。

3 設備概況及問題

液相水合器作為液相水合法制低鹽重質純堿工藝系統(tǒng)中的核心設備，其運行穩(wěn)定性是控制產品質量的重要環(huán)節(jié)之一。設備的材質采用S32168（0Cr18Ni10Ti），設備規(guī)格φ3200×9990mm，為上平蓋下橢圓封頭帶夾套的常壓立式攪拌容器，設計溫度為100℃。攪拌轉速為59r/min，電機功率為37KW。筒體中間設有分層隔板將設備分成溶解層和結晶層兩部分；溶解層采用推進式攪拌器攪拌，其直徑為φ1600mm，且設有喇叭口形導流筒，使固體堿料與母液形成湍流狀充分混合溶解；結晶層亦采用推進式攪拌器攪拌，其直徑為φ1600mm，且同樣設有喇叭口形導流筒。筒體外采用夾套內通冷卻水對介質進行降溫。

自運行使用后，設備整體運行比較平穩(wěn)，但有時出料不通暢，導致部分產品品質下降，經仔細觀察發(fā)現(xiàn)，設備在運行中存在如下問題：（1）設備內部結疤現(xiàn)象嚴重；（2）隔板物料堆積嚴重，固液接觸面小；（3）液位測控不準確；（4）結晶時間較長。經現(xiàn)場停車檢修觀察，發(fā)現(xiàn)設備的筒壁以及隔板上都存在大量的堿疤，尤其噴淋環(huán)管的噴射口處及出料口處已被堿疤堵塞；（5）夾套自設備運行后很少使用。

4 優(yōu)化改進措施

經研究分析，設備出現(xiàn)結疤現(xiàn)象是由多方面因素造成的。但設備結疤現(xiàn)象的主要原因在于進料輕質純堿的溫度過高（170～180℃），而要使設備內操作溫度為92～98℃，廠內沒有涼堿設備，需將20℃的冷卻水通入夾套內對介質進行冷卻處理，但由于溫差過大，使設備內壁上極易產生堿疤；而噴淋環(huán)管在工藝操作時，擔心液位過高或母液膨脹嚴重，所以噴淋環(huán)管不經常開啟，沒有噴淋的沖刷，形成的堿疤堆積于環(huán)管上堵塞噴淋口，而長時間形成的堿疤，由于重力因素，部分從隔板方孔直接掉入結晶層，從而堵塞出料口，造成出料不順暢。液位計液位測量不準確的原因如下：（1）部分掉落至方孔上，堵塞方孔，使底部與頂部隔開，不能形成真實液位，停車后，頂部漏液使液位升高；（2）液位計的管口被堿疤堵死，不能進行準確測量。

針對上述問題，對設備內部結構重點進行了優(yōu)化改進：（1）對設備外形進行改進，將橢圓封頭更改為錐形加球冠形封頭的形式；（2）將結晶層的推進式攪拌器更改為直徑φ1500mm的平直斜槳葉，并將喇叭口形導流筒去掉，使介質溶解更充分、更迅速；（3）由于設備不斷運行，堿疤的生成在所難免，為防止堿疤的掉落，3個方孔由400×350mm，更改為六個300×250mm的方孔；（4）隔板上方靠近隔板的位置增設一對集中液位計，在出料口附近增設一個蒸汽吹掃孔；（5）設備用于冷卻物料的夾套去掉，在工藝系統(tǒng)中增加一臺涼堿機。

經改進后的設備，通過投產運行，較之前有很大改觀：（1）有效地控制了進堿溫度，使物料結晶更充分、更均勻；（2）增大了固液接觸面，減小了物料堆積，使其瞬間生成一水堿，使結晶周期大大縮短；（3）出料較之前更加順暢；（4）設備內部結疤現(xiàn)象明顯緩解；（5）液位計測控更加準確；（6）產品產量由15t/a提高至20t/a，鹽分由65g/L降至45g/L，顆粒均勻度由78%提高至95%，重灰相對密度由0.95提高至1.0。

5 結束語

經現(xiàn)場觀察，從設備的運行效果來看，對設備的優(yōu)化改進是比較成功的，基本達到了設計的預期效果，產品的產量、品質均大幅度提高，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經濟效益。

參考文獻

[1]賈金明.新型VST用于液相中細顆粒懸浮的研究[D].上海：華東理工大學，2005.

（作者單位：大連大化工程設計有限公司）