對使用洗后液進行結晶器清洗的相圖計算及相關探討

孫健銘

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

聯(lián)堿的母液膨脹問題一直困擾聯(lián)堿生產(chǎn)，減少母液膨脹向來是生產(chǎn)過程中的工作重點，膨脹母液大部分來自于生產(chǎn)過程中向母液系統(tǒng)中加入的低濃度水甚至清水，倒停清理設備用水便是其中一項。近期我公司計劃清理鹽析結晶器，按以往的經(jīng)驗，必須將母液總量降至一定量后，用清水清洗結晶器，清洗液進入母液系統(tǒng)，這樣做最大的缺點是會引起母液膨脹，而且會對母液指標造成一定影響。為此我公司計劃以濾堿工序帶濾機的洗后液作為清洗結晶器用水，清洗后母液按原流程進入母液系統(tǒng)，使用該液清理結晶器，在保持洗水當量的同時適當減少碳化工序的洗后液用量，則可減少母液膨脹。洗后液清洗結晶器有兩個關鍵問題，第一是清理效果如何，如溶疤速度等，第二是清理后液成分如何，與母液成分差距有多大。本文旨在通過相圖計算對第二個問題進行相關討論。

1 洗后液、MⅡ、結晶器結疤的成分對比

清洗結晶器洗后液送入MⅡ桶，取洗后液、MⅡ液，進行分析如下。

表1 洗后液與MⅡ液的成分

取結晶器結疤成分進行分析，氯化銨質(zhì)量分數(shù)約為80%，氯化鈉質(zhì)量分數(shù)約為20%，結疤總量約有30 t。對其進行相圖計算，并查得清洗溫度下25 ℃時三鹽共飽點P1、P2對應母液數(shù)據(jù)，得到結果如下。

表2 操作過程相關的相圖數(shù)據(jù)

將上述數(shù)據(jù)點標在相圖上，得到圖1。

2 相圖初步分析

通過圖1，可以得出以下結論：

圖1 操作過程在相圖中的表示

1)MⅡ點在洗后液與結疤點的連線——清洗線之外，說明洗后液清洗結晶器、充分溶解結疤后，不能直接得到MⅡ。

2)如果要得到MⅡ，較符合實際的方法是，在清洗完結晶器后向其加入洗鹽，在圖上則需要在清洗線上找到一點R，該點與NaCl、MⅡ點三點共線。

3)MⅡ點在25 ℃的NH4Cl結晶區(qū)以外，這就否定了一種方案，即清洗到一定程度，加鹽至飽和，繼續(xù)加鹽析出氯化銨到達MⅡ點。

根據(jù)上述結論，較為理想的清洗方案是，使用一定的洗后液清洗結疤，洗后液充分溶解結疤，沿著清洗線到達點R，在向其中加鹽，沿著加鹽線最后到達MⅡ。

3 進一步的相圖計算

對上述方案進行相關計算：由洗后液點(0.322，0.322)與結疤點(0.814，0)確定清洗線方程：y=-0.654x+0.533；由NaCl點(0，0)與MⅡ點(0.456，0.135)確定加鹽線方程：y=0.296x；由兩線方程確定兩線交點R為(0.561，0.166)。

第一步，進行清洗過程干鹽計算：

上述方程意義是，知道洗后液、結疤、清洗終點的干鹽成分，計算每清洗1 mol結疤干鹽需要的洗后液干鹽量x1、清洗終點干鹽量y1，以及清洗終點的氨、水參數(shù)a、b，經(jīng)過計算，有如下結果：

x1=1.064,y1=2.064,a=0.179,b=10.47

第二步，向R點的清洗液中加洗鹽，洗鹽按含NaCl 95%，含水5%計算，x=0，y=0，p=0，m=0.171，列方程如下：

上述方程意義是，知道清洗液、洗鹽、加鹽終點的干鹽成分，計算每清洗1 mol結疤干鹽對應清洗液需要加入的洗鹽干鹽量x2、加鹽終點干鹽量y2，以及加鹽終點的氨、水參數(shù)c、d，經(jīng)過計算，有如下結果：

x2=0.476,y2=2.538,c=0.146,d=8.47

加鹽終點，干鹽成分已與MⅡ成分一致，而含水量高于MⅡ，含氨量低于MⅡ，說明加鹽終點并未飽和，不會析出結晶。

下面對加入洗后液量，加入鹽量進行計算：

每1 mol結疤干鹽，其中含0.814 mol NH4Cl，0.186 mol NaCl，合54.43 g。

每1 mol洗鹽干鹽，其中含1 mol NaCl，0.171 mol H2O，合61.58 g。

每1 mol洗后液干鹽，對應有洗后液0.408 L。

從相圖方程計算結果看，每1 mol結疤干鹽，需要洗后液干鹽1.064 mol，需要加入洗鹽干鹽0.4746 mol。

結疤約有30 t，合30×1 000/54.43 =551.17 kmol結疤干鹽。

需要洗后液551.17×1.064×0.408 = 239.3 m3。

需要加入洗鹽551.17×0.4746×61.58/1000 = 16.11 t。

4 相關問題的探討

4.1 進行清洗工作前較重要的準備工作

需要將MⅡ成分、洗后液成分、結晶器結疤成分分析的較為準確，結晶器結疤的總量可以估算不準，只要掌握清洗終點的標志即可，MⅡ成分確定，加鹽線方程就能確定，洗后液成分、結晶器結疤成分確定，清洗線方程就能確定，由兩方程確定清洗終點位置，結疤總量與使用洗后液的量比例就能確定，結疤總量變化，洗后液用量隨之變化即可。

4.2 清洗結晶器的清洗終點如何確定

在準備工作做好之后，清洗終點R的坐標就能確定，y值即能確定，通過在清洗過程中間段測定清洗液中的TCl、CO2，即可得出變化過程中的y值，當快達到R點對應y值時，即為快達到清洗終點。

4.3 NH3的p值以及溫度對操作的影響

洗后液成分中NH3的p值以及溫度是否對操作過程會有影響，應當具體數(shù)據(jù)具體分析，例如本次洗滌操作，用的三相飽和點是25 ℃時p約為0.180時的數(shù)據(jù)點，而經(jīng)過計算，清洗終點、加鹽終點的p值都小于0.180，對應的P1、P2點都將向左下方移動，因此清洗終點、加鹽終點都在NaHCO3結晶區(qū)，而操作溫度如果升高，NaHCO3結晶區(qū)也會擴大，因此相圖整體情況并未改變。而在實際操作過程中，為了保證清洗效果，不可能降低溫度，而且在加鹽前的清洗過程不能達到飽和，因此只要在清洗操作前提前計算出加鹽終點對應的p值，選取高于該p值的適當?shù)腜1、P2點即可。

4.4 清洗過程中含水量m值的影響

含水量m值其實是真正決定溶液是否飽和的關鍵因素，但因缺少試驗數(shù)據(jù)，無法知道相圖中每個點對應的飽和時的含水量，因此只能根據(jù)25 ℃時，文獻中能查到的相圖下半?yún)^(qū)飽和試驗數(shù)據(jù)點含水量m值基本沒有大于8這一點來進行估計。整個操作過程中，含水量m值在不斷減少，且都在相圖下半?yún)^(qū)進行，只要操作終點含水量m值大于8即可，應當就不會出現(xiàn)飽和的情況。

4.5 操作過程是否需要加水

有這種可能性，這點在操作前相圖計算即可得出，當加鹽終點的含水量m值低于MⅡ?qū)猰值時，則需要額外加入水，加入的水量為了保證不析晶，還是以終點m值8.5比較好，而且加水的時機應當在清洗開始前向洗后液中加入比較好，這樣能夠達到更好的清洗效果。

4.6 操作后將最終液引入系統(tǒng)引起的變化

因為操作終點的干鹽x、y值與MⅡ相同，因此引入系統(tǒng)后，引起的變化類似于向系統(tǒng)中加入少量清水，而更大的影響是溫度與氨含量，但是這個影響難以避免，只能通過控制并入系統(tǒng)量來盡量減少影響。

5 結 論

使用洗后液清洗結晶器結疤是可行的，但為了盡可能少的對聯(lián)堿母液系統(tǒng)造成影響，需要通過精細化計算來輔助操作，通過相圖進行計算，可以在減少母液成分波動的同時，對操作終點進行掌握，使得整個清洗過程有章可循。