冬季冰下抽咸制卤工艺试验研究及分析

2018-04-02张德强谭高亮张心禄马勤清

天津化工 2018年1期

关键词：浓缩液卤水低浓度

张德强，谭高亮，张心禄，马勤清

（天津长芦海晶集团有限公司，天津300450）

1　前言

北方冬季低温天气较为常见，且近几年最低温度能达到-18℃左右，浓度较低的卤水容易结冰，影响正常卤水蒸发，不利于冬季制卤，对冬季制卤操作影响较大。

一般情况下，低温对于制盐正常生产是不利的；但在冬季气温较低的北方盐场，低浓度卤水上层结冰，使下层卤水浓缩，可利用低温冻结代替蒸发，进行冰下抽咸。

2　试验原理[1～3]

卤水在低温条件下，由于淡水和浓海水的冰点不同，导致低温下卤水容易结冰分层，上层冰主要成分为淡水，下层未结冰的卤水则进行了浓缩，浓度有所提高，冰下抽咸的操作原理就是将结冰层下面的卤水进行分离，达到低温温条件下制取高浓度卤水的目的，满足正常生产需要。

试验以近十年海晶集团制盐场最低温度和不同卤水浓度的冰点为试验指导数据，分别见表1和表2，根据该数据设定试验所需温度的范围。

表1　近十年制盐场最低气温

表2　不同卤水浓度的冰点

通过小试试验研究温度、卤水浓度、卤水深度以及冰冻时间对冬季制卤的影响，得出适合冬季冰下抽咸的理论依据以及不同冰冻条件下卤水结冰率(Cv)的变化，为下一步研究放大到实际生产中的可行性提供基础条件，主要试验简单流程如图1所示。

图1　冰下抽咸试验流程

冰冻条件下卤水体积结冰率的计算公式为：

式子中CV——为体积结冰率

V1——结冰前卤水体积（mL）

V2——结冰后卤水体积（mL）

3　试验过程

试验采用海晶集团制盐场制卤工区卤水作为原料，对应浓度为别为3ºBé、4.5ºBé、5ºBé、5.5ºBé、6.5 ºBé、7.5 ºBé、8 ºBé、9ºBé。将该浓度的卤水分别在不同温度、不同卤水深度以及不同冰冻时间下进行试验，得出上述因素对结冰率的影响以及冰下抽咸的效果，得到冰下抽咸的较佳条件。

试验过程在3月至7月份进行，冰柜的温度通过控制档位进行机械调节，每个档位对应有温度范围，调节的温度会受到室内环境影响有一定偏差，但属于正常范围内温度波动。

4　试验分析

通过调节可控温度的冰柜，将不同浓度卤水在不同温度下进行试验，得出卤水结冰情况表现出来的状态不一样，主要有不结冰、出现少量的冰、结冰以及大量结冰几种情况，试验得到不同浓度卤水的结冰情况见下表3。

表3　不同温度下不同浓度的卤水结冰情况

4.1卤水深度、冰冻时间恒定，研究不同卤水浓度在不同温度下的卤水浓缩效果以及冰下抽咸效果

试验采用2000mL的烧杯作为容器进行试验，控制卤水体积为1600mL(即深度恒定)、冰冻时间为22h。在该条件下得到不同浓度卤水在不同温度下的结冰率见表4，结冰分离的浓缩液浓度见表5。

表4　不同浓度卤水在不同温度下的结冰率

表5　不同浓度卤水在不同温度下结冰前后卤水的浓度

由表4可绘制不同浓度下，随着调节温度的变化，结冰率与温度之间的关系曲线如图2。从图2上可以看出，当温度控制在0℃至-4℃时，3ºBé至9ºBé的卤水没有出现结冰现象，当试验温度达到-6℃，3ºBé卤水才出现结冰现象，且结冰量较少，当调节试验温度在-6至-10℃时，3ºBé至7.5ºBé之间的卤水结冰比较明显，当试验温度继续调低至-15℃时，3ºBé至9ºBé卤水结冰都较明显，低浓度卤水甚至出现全部结冰现象，只在冰隙间夹带少量卤水。

图2　不同卤水浓度随着温度变化的结冰率关系

由表5可制得不同浓度下，随着调节温度的变化，结冰前后卤水的浓度变化关系曲线如图3。从图上可以看出，控制温度在0℃至-6℃，卤水由于结冰少，卤水浓度几乎没有提高，当继续调低试验温度时，结冰量逐渐增大，下层未结冰卤水浓度提高比较明显，低浓度卤水3ºBé至5.5ºBé的浓度提高尤为明显，但是当温度达到-15℃时，该区间卤水浓度提高幅度反而出现下降，高浓度6.5ºBé至9ºBé之间的卤水，温度越低，冰下卤水浓度提高幅度则越大。

图3　结冰前后卤水浓度变化图

4.2试验温度、冰冻时间恒定，研究不同卤水浓度在不同深度下的卤水浓缩效果以及冰下抽咸效果

试验采用2000mL的烧杯作为容器进行试验，控制试验温度为-7℃、冰冻时间为22h，试验深度通过采用统一规格的容器控制容器中卤水体积不同从而达到控制深度不同，每个浓度下进行5组试验，卤水深度分别为 180mm、140mm、100mm、60mm、20mm，试验得到不同卤水深度下结冰率的数据见表6，不同卤水深度下卤水浓缩液浓度见表7。

表6　不同浓度卤水在不同深度冰冻下的结冰率

表7　不同浓度卤水在不同深度冰冻后的浓度

由表6可制得卤水深度变化与卤水的结冰率关系图，见图4。

图4　卤水不同深度下的结冰率

从图4可以看出，卤水的结冰率是随着深度的递减呈现递增趋势，卤水深度越浅，同样温度条件下越易结冰。从图4纵向看，对应浓度较高的卤水（7.5ºBé至9ºBé），调节不同卤水深度，结冰率变化不是很明显，而浓度较低的卤水（3ºBé至6.5ºBé），调节不同卤水深度，结冰率变化比较明显。

由表7可制得卤水在不同深度下冰冻后，下层浓缩后的卤水浓度相应变化的关系图，见图5，从图5可以看出在-7℃条件下调节深度进行冰冻实验时，深度的变化对结冰后浓缩液浓度的影响较明显，深度越低，由于结冰率较大，导致浓缩液浓度提高较大，其中低浓度卤水（3ºBé至6.5ºBé）冰冻后浓缩液浓度影响较为突出，3ºBé卤水浓缩至6ºBé，4.5ºBé卤水则能达到10.4ºBé。

图5　不同卤水深度下结冰后浓缩液的浓度

4.3试验温度、卤水深度恒定下，研究不同卤水浓度的冰冻速率

试验采用2000mL的烧杯作为容器进行试验，控制试验温度为-7℃，将不同浓度的卤水分别在一定的卤水深度下进行冰冻试验，观察不同浓度卤水在特定卤水深度条件下达到结冰所需要的时间。试验得到时间数据见表8。

表8　不同浓度卤水开始结冰所需时间

由表8的时间数据可绘制不同浓度卤水在特定卤水深度条件下进行冰冻试验对应的开始结冰所需时间图，见图6。从图6可以看出，低浓度，深度浅达到结冰时间较短，高浓度，高深度达到结冰时间较长，浓度在7.5ºBé至9ºBé之间，达到结冰所需时间较为稳定，变化不大，由此可以得出：浓度越低结冰速率越快，深度越浅结冰速率越快，反之也成立。