液相水合器内部结构的优化改进

王鑫

摘 要：液相水合器作为液相水合法制低盐重质纯碱的核心设备，其运行的稳定性是控制产品质量的重要环节之一。通过对设备结构的优化改进，提高设备运行效率，缓解设备内部结疤现象，提高产品产量、品质，为企业创造更高的经济效益。

关键词：结疤；液相水合法；优化改进；液相水合器

1 前言

随着科学技术的进步和各工业领域的迅猛发展，对基本化工原料——纯碱的品质及产量要求也随之提高。低盐重质纯碱具有以下特点：（1）盐分低；（2）堆积密度大；（3）更环保。由于其形状为颗粒状，便于运输、存储和使用，适合于工业自动化操作。较之轻质纯碱，可节省大量的包装材料和费用。所以，提高低盐重质纯碱的品质，增加生产能力是纯碱行业的当务之急。

我国天然碱资源稀少，且生产成本较高，为降低生产成本，提高碱产量，经不断的探索和研究，较之前的生产工艺有了长足的进步。目前，国内低盐重质纯碱的生产方法主要有固相水合法、液相水合法和挤压法，但就经济性以及市场需求量而言，固、液水合法生产的低盐重质纯碱远远优于挤压法。本文通过液相水合法生产低盐重质纯碱，着重介绍其核心设备——液相水合器的改进及优化，缓解设备内部的结疤现象，提高设备的运行稳定性及生产能力，为提高低盐重质纯碱的品质打下坚实的基础。

2 液相水合法重生产低盐重质纯碱概述

2.1 流程简述

液相水合法制重质纯碱以轻质纯碱为原料，在一定的温度条件下，在水合器内与母液发生水合反应，生成一水碱结晶（一水碳酸钠），然后一水碱晶浆进入稠厚器稠厚，再进入分离机固液分离，得到合格的一水碱，最后进入流化床干燥、冷却得到重质纯碱。

2.2 液相水合法的特点

液相水合法制重质纯碱是将轻质纯碱加入悬浮晶浆，在设备内进行水合反应，其实质是将轻质纯碱溶解于母液中进行再结晶，使分子内部结构发生变化，从而增大了密度并降低了氯化钠含量；而固相水合法是将轻质纯碱和水在回转水合机内进行水合反应，其反应是固相中完成的，它不能改变原料的化学成分，致使产品中氯化钠的含量不能得到明显改善，所以较之固相水合法，液相水合法制出的低盐重质纯碱更符合各个工业领域产品的生产制造要求。正是由于液相水合法具有以上独特的优点而受到更多的关注，液相水合法的生产工艺和设备是需要不断研究和创新的目标。

从长时间的生产实践中可以发现，一水碳酸钠的形成品质，直接影响低盐重质纯碱的化学成分、粒度、堆积密度及颗粒形状等质量指标，想要得到颗粒均匀优质的产品，首先要控制一水碳酸钠（Na2CO3·H2O）的结晶过程，结晶过程的好坏是受多种因素制约的，如一水碱悬浮液中的晶浆浓度（固液比）、物料在水合器内的停留时间等。但设备的结构形式、搅拌器的形式和搅拌速度、进料温度、母液温度、结晶温度等对一水碳酸钠的形成及品质起着至关重要的作用。

3 设备概况及问题

液相水合器作为液相水合法制低盐重质纯碱工艺系统中的核心设备，其运行稳定性是控制产品质量的重要环节之一。设备的材质采用S32168（0Cr18Ni10Ti），设备规格φ3200×9990mm，为上平盖下椭圆封头带夹套的常压立式搅拌容器，设计温度为100℃。搅拌转速为59r/min，电机功率为37KW。筒体中间设有分层隔板将设备分成溶解层和结晶层两部分；溶解层采用推进式搅拌器搅拌，其直径为φ1600mm，且设有喇叭口形导流筒，使固体碱料与母液形成湍流状充分混合溶解；结晶层亦采用推进式搅拌器搅拌，其直径为φ1600mm，且同样设有喇叭口形导流筒。筒体外采用夹套内通冷却水对介质进行降温。

自运行使用后，设备整体运行比较平稳，但有时出料不通畅，导致部分产品品质下降，经仔细观察发现，设备在运行中存在如下问题：（1）设备内部结疤现象严重；（2）隔板物料堆积严重，固液接触面小；（3）液位测控不准确；（4）结晶时间较长。经现场停车检修观察，发现设备的筒壁以及隔板上都存在大量的碱疤，尤其喷淋环管的喷射口处及出料口处已被碱疤堵塞；（5）夹套自设备运行后很少使用。

4 优化改进措施

经研究分析，设备出现结疤现象是由多方面因素造成的。但设备结疤现象的主要原因在于进料轻质纯碱的温度过高（170～180℃），而要使设备内操作温度为92～98℃，厂内没有凉碱设备，需将20℃的冷却水通入夹套内对介质进行冷却处理，但由于温差过大，使设备内壁上极易产生碱疤；而喷淋环管在工艺操作时，担心液位过高或母液膨胀严重，所以喷淋环管不经常开启，没有喷淋的冲刷，形成的碱疤堆积于环管上堵塞喷淋口，而长时间形成的碱疤，由于重力因素，部分从隔板方孔直接掉入结晶层，从而堵塞出料口，造成出料不顺畅。液位计液位测量不准确的原因如下：（1）部分掉落至方孔上，堵塞方孔，使底部与顶部隔开，不能形成真实液位，停车后，顶部漏液使液位升高；（2）液位计的管口被碱疤堵死，不能进行准确测量。

针对上述问题，对设备内部结构重点进行了优化改进：（1）对设备外形进行改进，将椭圆封头更改为锥形加球冠形封头的形式；（2）将结晶层的推进式搅拌器更改为直径φ1500mm的平直斜桨叶，并将喇叭口形导流筒去掉，使介质溶解更充分、更迅速；（3）由于设备不断运行，碱疤的生成在所难免，为防止碱疤的掉落，3个方孔由400×350mm，更改为六个300×250mm的方孔；（4）隔板上方靠近隔板的位置增设一对集中液位计，在出料口附近增设一个蒸汽吹扫孔；（5）设备用于冷却物料的夹套去掉，在工艺系统中增加一台凉碱机。

经改进后的设备，通过投产运行，较之前有很大改观：（1）有效地控制了进碱温度，使物料结晶更充分、更均匀；（2）增大了固液接触面，减小了物料堆积，使其瞬间生成一水碱，使结晶周期大大缩短；（3）出料较之前更加顺畅；（4）设备内部结疤现象明显缓解；（5）液位计测控更加准确；（6）产品产量由15t/a提高至20t/a，盐分由65g/L降至45g/L，颗粒均匀度由78%提高至95%，重灰相对密度由0.95提高至1.0。

5 结束语

经现场观察，从设备的运行效果来看，对设备的优化改进是比较成功的，基本达到了设计的预期效果，产品的产量、品质均大幅度提高，为企业创造了良好的经济效益。

参考文献

[1]贾金明.新型VST用于液相中细颗粒悬浮的研究[D].上海：华东理工大学，2005.

（作者单位：大连大化工程设计有限公司）