工業(yè)制鹽的工藝流程優(yōu)化探究

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摘要：我國目前的工業(yè)制鹽大多是海鹽制鹽，直接取用海水，通過殺菌、除藻、降低濁度3個(gè)步驟的預(yù)處理濃縮，得到的濃水再經(jīng)灘曬法進(jìn)行蒸發(fā)、干燥，最后得到食鹽。這種制鹽工藝雖然有一定的可取之處，但仍存在許多不足，需要對制鹽工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：工業(yè)制鹽；工藝流程；優(yōu)化

本研究對工業(yè)制鹽流程的優(yōu)化主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是提高各項(xiàng)制鹽工藝流程的效率，二是減輕制鹽工藝濃鹽水對環(huán)境的污染，兩者都需要加強(qiáng)對新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。目前，我國大部分制鹽企業(yè)都采用海水作為原料，再經(jīng)后續(xù)的精制生產(chǎn)精制鹽，不僅增大了原鹽的消耗，還降低了制鹽效率。本研究首先介紹傳統(tǒng)制鹽工藝的流程和3項(xiàng)制鹽新技術(shù)，其次針對制鹽工藝流程的優(yōu)化提出建議。

1傳統(tǒng)工業(yè)制鹽工藝流程

傳統(tǒng)的海鹽制鹽工藝[1]采用日曬法，也叫“灘曬法”，就是通過在沿海灘涂筑壩的方式開辟鹽田，并利用潮汐漲退的自然規(guī)律將海水引入所筑的池中。池中的海水經(jīng)過一段時(shí)間的曝曬后蒸發(fā)成濃度較高的鹵水，當(dāng)鹵水的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，會析出氯化鈉晶體，就是原鹽。總體而言，海鹽的傳統(tǒng)制鹽工藝流程一般有納潮、制鹵、結(jié)晶、收鹽四大工序。

1.1納潮

納潮就是對制鹽原料也就是海水的獲取過程。充足的原料供應(yīng)是制鹽工藝流程順利進(jìn)行的前提條件。納潮包括兩種方式：一是借助海水潮汐漲退的自然規(guī)律主動納潮，二是利用設(shè)備提供動力，使海水被動納潮。主動納潮是在海水漲潮時(shí)引領(lǐng)海水沿所砌筑池子的潮溝自然流入，而被動納潮是利用軸流泵的動力將海水先抽起、再引到砌筑的池中。兩者相比，自然納潮受限于自然條件，但是節(jié)約成本；動力納潮有不受自然條件限制的優(yōu)勢，但成本較高。

1.2制鹵

制鹵是在所砌筑的蒸發(fā)池中進(jìn)行的。要注意觀察池中每日海水的蒸發(fā)量，記錄蒸發(fā)池中鹵水的走水深度，當(dāng)鹵水濃度逐漸提高并達(dá)到一定的程度時(shí)，就會得到濃縮的飽和鹵水。

1.3結(jié)晶

飽和鹵水繼續(xù)蒸發(fā)和濃縮，濃度會逐漸提高，達(dá)到飽和時(shí)會析出氯化鈉晶體。該過程如果持續(xù)進(jìn)行，溶液一直維持濃度過飽和的狀態(tài)，就能持續(xù)地析出晶體。

1.4收鹽

將得到的晶體以人工或者機(jī)械的方式收起堆坨，以便后期的精鹽處理。除了上述海鹽的制鹽工藝外，還有井礦鹽和湖鹽的制鹽工藝。井礦鹽的制鹽工藝流程主要分為采鹵和制鹽。采鹵的方法有很多，例如提撈法、氣舉法、鉆井水溶開采法、自噴采鹵等。根據(jù)不同的礦型，要采用不同的采鹵方法，例如在巖鹽型礦區(qū)要采用鉆井水溶開采法，具體細(xì)分為對流法和壓裂法。對流法是利用巖鹽礦易溶于水的特點(diǎn)，具體流程是先打一口深度到鹽層的井，井中下兩層套管，一層套管固定好井并在管套中注入水溶解鹽層，另一層套管用于抽鹵水。這是目前開采井礦鹽比較普遍的方法之一，有成本較低的優(yōu)點(diǎn)。壓裂法是先打兩口深度到鹽層的井并用套管將井管和井壁封固，利用電機(jī)高壓向其中一口井中注入水，利用產(chǎn)生的水壓打通鹽層，形成的通道從另一口井壓出飽和鹵水，收集飽和鹵水進(jìn)行制鹽。制鹽的過程就是將蓄鹵池凈化后的鹵水輸入罐中，利用蒸汽二次加熱來繼續(xù)蒸發(fā)水分，會得到半鹽半水的鹽漿，再經(jīng)離心機(jī)脫水并輸入沸騰床干燥得到成品鹽。湖鹽的制鹽工藝主要采用采掘法或?yàn)穹ā２删蚍ㄖ傅氖怯行┖?jīng)過長期的蒸發(fā)慢慢變成干湖，氯化鈉露在表面，直接采掘就能得到。后續(xù)的制鹽工藝流程為剝離氯化鈉表面的覆蓋物—采鹽—管道輸送（或汽車輸送）—洗滌、脫水—成品鹽堆坨。灘曬法與海鹽的制鹽工藝相似。

2制鹽工藝技術(shù)的進(jìn)展

上述傳統(tǒng)制鹽工藝具有節(jié)約能源、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但是受自然環(huán)境因素影響頗深。從長遠(yuǎn)來看，改進(jìn)海鹽生產(chǎn)模式和引入新型制鹽技術(shù)是制鹽工藝流程優(yōu)化發(fā)展的必然趨勢。

2.1電滲析濃縮海水制鹽

電滲析濃縮海水制鹽法[2-3]具有節(jié)約占地面積、不受自然環(huán)境影響、產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)，目前在制鹽工藝中的應(yīng)用最廣泛。具體的操作流程是海水經(jīng)過預(yù)處理后直接進(jìn)入電滲析器濃縮，再經(jīng)過蒸發(fā)、干燥得到高品質(zhì)食鹽。原理是在電滲析濃縮海水的過程中，鹵水中的大部分重金屬離子、高價(jià)離子和不溶物等雜質(zhì)會被析出去除。具體的制鹽工藝流程如圖1所示。電滲析濃縮海水制鹽技術(shù)雖然有優(yōu)勢，但能耗高且所需要的設(shè)備價(jià)格昂貴。因此，鹵水資源的綜合利用必然成為制鹽生產(chǎn)的發(fā)展方向之一，不僅可以拉長制鹽的產(chǎn)業(yè)鏈，提高制鹽經(jīng)濟(jì)效益，還因?yàn)殡姖B析產(chǎn)水的品質(zhì)高，可以有效提高海水各項(xiàng)資源的利用率，有很強(qiáng)的可行性。

2.2真空制鹽

真空制鹽是一種制鹽裝置，充分考慮了多效正壓和真空蒸發(fā)的并用。制鹽原理是利用鹵水沸點(diǎn)隨壓力減小而降低的規(guī)律，設(shè)置多組壓力遞減的多效蒸發(fā)罐組。具體是利用生蒸汽加熱一效罐的鹵水直至沸騰，沸騰產(chǎn)生的蒸汽作為熱源二次作用于二效罐，以此類推，根據(jù)所設(shè)壓力遞減的罐組，多次利用產(chǎn)生的二次蒸汽對次效罐進(jìn)行加熱，讓各效罐鹵水蒸發(fā)析鹽。真空制鹽主要發(fā)生在蒸發(fā)罐中，由加熱室和蒸發(fā)室組成。加熱時(shí)，蒸汽會經(jīng)過管道進(jìn)入殼體，鹵水由下而上地在加熱管中循環(huán)，通過加熱管壁的熱交換，使鹵水的溫度升高，并進(jìn)入蒸發(fā)室。目前，國內(nèi)采用的真空制鹽生產(chǎn)工藝流程多為四效蒸發(fā)，通過解決鹽漿增稠問題并進(jìn)行離心脫水、干燥得到成品鹽。制鹽流程的蒸發(fā)一般有4種方式：平流進(jìn)料、順流排鹽，平流進(jìn)料、分效排鹽，平流進(jìn)料、一效轉(zhuǎn)二效、二效轉(zhuǎn)三效、三效排鹽，四效進(jìn)料、四效轉(zhuǎn)一效、一效轉(zhuǎn)二效、二效轉(zhuǎn)三效、三效排鹽。真空制鹽相比于傳統(tǒng)的制鹽工藝，由于采用的是飽和鹵水制鹽，不需要經(jīng)歷淡水化原鹽的步驟，節(jié)約了淡水資源。此外，真空制鹽還節(jié)約了曬鹽場土地，提高了鹽田的利用率，加之用飽和鹵水生產(chǎn)精制鹽可以提高母液的利用率，對實(shí)現(xiàn)鹽化聯(lián)產(chǎn)有重要意義。

2.3機(jī)械熱壓縮技術(shù)制鹽

機(jī)械熱壓縮技術(shù)[4]是根據(jù)熱泵原理，利用熱泵節(jié)能技術(shù)的一種節(jié)能蒸發(fā)技術(shù)。工作原理是利用蒸發(fā)器蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)，通過壓縮機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，讓流體隨著葉片間的通道流入，該過程產(chǎn)生了相互作用力，實(shí)現(xiàn)了由動能到熱能的能量轉(zhuǎn)化，溫度由此提升。當(dāng)壓力和溫度都提高以后，所得二次蒸汽會重新進(jìn)入蒸發(fā)器中作為加熱蒸汽進(jìn)行下一步的循環(huán)利用，以此達(dá)到蒸汽循環(huán)回收利用的目的。

3制鹽工藝流程的優(yōu)化策略

制鹽產(chǎn)業(yè)作為我國的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，雖然能滿足人們的生活需求，但也是高污染、高耗能的產(chǎn)業(yè)。因此，節(jié)能減排對制鹽企業(yè)意義重大且任重道遠(yuǎn)。實(shí)現(xiàn)制鹽工藝流程中所產(chǎn)生能量的綜合利用和制鹽副產(chǎn)物的合理利用，是制鹽工藝流程優(yōu)化的主要內(nèi)容。

3.1進(jìn)一步優(yōu)化制鹽工藝流程的能量綜合利用

對制鹽工藝流程中產(chǎn)生的能量進(jìn)行進(jìn)一步的綜合利用是以制鹽系統(tǒng)中的冷熱物流為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總冷熱量需求、最大熱集成量以及冷熱物流傳熱溫差等能量的梯級利用，以便提高能量的利用率。逐步優(yōu)化的能量綜合利用包括3個(gè)部分。（1）收集制鹽工藝過程中的冷熱物流數(shù)據(jù)，求得系統(tǒng)的總冷熱量需求，據(jù)此進(jìn)行制鹽工藝的調(diào)整；（2）使用熱機(jī)或者熱泵讓冷熱物流增減或者發(fā)生變化；（3）根據(jù)調(diào)整后的制鹽工藝，對制鹽工藝流程進(jìn)行軟件模擬，以此確定是否根據(jù)調(diào)整后的冷熱物流信息對新的冷熱物流進(jìn)行組合分配。自此，制鹽工藝系統(tǒng)的冷熱物流更加匹配，對提高整個(gè)流程系統(tǒng)的能量集成有顯著效果，流動更加合理，整個(gè)系統(tǒng)的公用工程量也由此減少。

3.2濃鹽水制鹽工藝流程中的優(yōu)化方案

3.2.1濃鹽水的預(yù)熱工藝。濃鹽水經(jīng)蒸發(fā)室分離出來的二次蒸汽如果直接冷凝，將造成巨大的能源浪費(fèi)。為了有效避免能源浪費(fèi)，要考慮二次蒸汽的顯熱和潛熱，比如為進(jìn)料濃鹽水進(jìn)行預(yù)熱。3.2.2熱泵結(jié)晶工藝。利用二次蒸汽為進(jìn)料濃鹽水進(jìn)行預(yù)熱所需要的能耗仍舊很高，因此，可以換個(gè)思路，將二次蒸汽用熱泵壓縮機(jī)壓縮，提高溫度和壓力，然后送到蒸發(fā)器加熱室作為二次蒸汽加熱，讓進(jìn)料維持在沸騰狀態(tài)，加熱蒸汽本身冷凝成水。

3.3實(shí)現(xiàn)水鹽聯(lián)產(chǎn)

鹵水成產(chǎn)過程中的副產(chǎn)淡水可以實(shí)現(xiàn)水鹽聯(lián)產(chǎn)，提高資源的利用率，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益，減輕制鹽工藝過程對環(huán)境的危害。電滲析濃縮海水制鹽工藝實(shí)現(xiàn)水鹽聯(lián)產(chǎn)主要有兩種技術(shù)路線：一是利用電滲析制鹽過程中產(chǎn)生的脫鹽水進(jìn)行淡水生產(chǎn)，二是回收蒸發(fā)結(jié)晶工藝中的冷凝水。水鹽聯(lián)產(chǎn)工藝的實(shí)現(xiàn)拉長了電滲析制鹽工藝的產(chǎn)業(yè)鏈。最常見的是高礦化度淡水和堿性離子飲料的生產(chǎn)，使水鹽聯(lián)產(chǎn)工藝的產(chǎn)品附加值得到了大幅度提高，工藝經(jīng)濟(jì)性和可行性都比較突出。

3.4鹵水資源的綜合利用

鹵水中含有豐富的元素，這些元素可以被有效利用。除了鉀、鈉、鎂、鋁等普通元素，還有大量的稀有元素，如鋰、硼、溴、碘等，在各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。例如鉀鹽可以作為農(nóng)業(yè)肥料，這對我國并不豐富的鉀鹽儲量而言，是很好的補(bǔ)給方式；溴可以用來制備含有豐富金屬溴化物、溴的含氧酸鹽等多種無機(jī)化合物和各類有機(jī)物的溴化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，這些原料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，需求量很大。筆者查閱相關(guān)資料得知，國內(nèi)有關(guān)部門曾對鹵水進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，電滲析過程采用的是一價(jià)離子選擇性透過膜，得到的結(jié)果是鉀離子和溴離子均在濃鹽水側(cè)富集，因此，濃度大幅度提高。另外，與灘曬法相比，鹵水的質(zhì)量明顯更高且成分更簡單，可以有效提高提取效率。

4結(jié)語

制鹽工藝流程能耗很大，能耗成本甚至可以占到總成本的1/2以上，這是制鹽成本高、經(jīng)濟(jì)效益低的直接原因，甚至?xí)斐缮a(chǎn)虧損的后果。隨著制鹽業(yè)的發(fā)展需求逐漸提高，制鹽技術(shù)也越來越受重視。因此，對工業(yè)制鹽的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，引進(jìn)和使用制鹽新技術(shù)，對提高制鹽工藝效率、減少能源損耗、降低環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益都有十分重要的作用。

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作者:賈清 單位:長治學(xué)院