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石膏晶 种法防止硫酸钙结垢技术在蒸发结晶过程中的应用

发布时间:2014-06-13    字号:    

   在蒸发系统中,由于溶 液中钙镁离子及硫酸根离子的存在,经常会 发生换热管结垢从而造成换热系数的下降以及管道堵塞的情况。据有关资料显示,结垢 0.5 mm,传热系数下降 30%,结垢1 mm 则降低 50%,由于结垢,造成热量损失,产量降低,严重影 响蒸发过程连续化及自动化运行。硫酸钙 垢是化学清洗中较难清洗的垢物。当前除 硫酸钙垢的方法各有利弊,仍需进 一步改进并研究新型除垢工艺。

   通过对 硫酸钙结垢机理的分析及相关小试、规模化 生产以及大量相关实际应用经验,采用石 膏晶种法来防止硫酸钙结垢是一种高效、成熟、操作性强的应用技术。

    溶液浓 缩时其中的硫酸钙,随着温度升高、溶液不断浓缩,其浓度相应逐渐增大,当其浓 度超过溶解度之后会生成沉淀析出,并沉积在传热表面上,从而形成致密坚硬的硫酸钙垢。其结垢过程大致分为硫酸钙结晶析出,向壁面附着,覆盖于壁面三个步骤。当溶液中的成垢离子(Ca2+、 42-)SO 浓度高于溶解平衡时的浓度,达到一定数值后,由于溶液中阴、阳离子 之间电荷的相互作用,形成离子对,大量的 离子对彼此聚集,就有可 能形成晶核并继续生长,从溶液 中析出形成硫酸钙晶体,这一过 程是在溶液主体中进行的;溶液中 的硫酸钙晶体由于浓度差的作用而向壁面扩散,最终完 全覆盖于加热壁面上,此时结 垢过程为传质控制;此外,溶液中的 Ca2+和SO42-也会由 于浓度差的作用而向壁面扩散,并附着于壁面上,在电荷 引力的作用下相互连接在壁面上形成硫酸钙结晶,最终完 全覆盖于加热壁面,此时结垢过 程为化学反应控制。

    影响 CaSO4 结垢的因素:

1、 温度:CaSO4 在水中 的溶解度取决于温度。40℃时 CaSO4 在水中的溶解度最大,随着温度升高,溶解度逐渐降低。

2、矿化度:由于盐析效应,矿化度直接影响CaSO4 在水中的溶解度。CaCO3 和CaSO4 结晶、析出并沉淀,使矿化度降低,可在一定程度上加速 CaSO4 的成垢速度。

3、 流速:对于硫 酸钙这种逆溶解度特性的垢,循环水流速越低,温度越高,越容易结垢。这是因 为硫酸钙垢随流速增加沉积物卸脱速率也在增加,结垢速 率随流速增加而降低。

4、换热器材质、壁面光洁度等对 CaSO4 结垢程度 和结垢部位也有影响。

5、换热管内溶液沸腾:在蒸发过程中,要维持 换热器与分离室间有足够的静夜柱,从而防 止因溶液在换热管内沸腾在换热器内产生过饱和度。

6、循环量:循环量 的高低不仅意味着换热管内流速的大小,也意味 着溶液在通过换热器时进出口的温升,温升越 大越容易造成在换热管内沸腾,反之则越不容易。

    国外对 于石膏晶种法防止加热管壁结硫酸钙垢的研究已做了大量的工作。如美国日本盐业研究部门 进行了在不同条件的加热蒸发过程中,对石膏的析出、附着与 过饱和现象的一系列研究,并已使 石膏晶种法成功地应用于制盐工业中。我国一些研究、设计单 位对制盐蒸发器中硫酸钙垢的 防治也进行了研究,尤其在 真空制盐领域在防止硫酸钙 结垢方面获得了良好的效果。

   石膏晶 种法是利用晶种结构与垢物相同,晶体表 面对垢物的亲和力较管道材料壁面大,使盐溶 液中析出的硫酸钙分子优先附着在悬浮的硫酸钙晶体上,而足够数量的晶种,提供了 极大的晶体表面,使溶液 中硫酸钙的过饱和度及时消除,从而避 免硫酸钙在壁面上的成核及生长。在美国,蒸发罐内维持在 20 g/L 硫酸钙的悬浮量,以降低 料液中硫酸钙的过饱和度,蒸发罐可运转数年,没有硫 酸钙沉积在管子上。

    因此,在容易 造成换热器内硫酸钙结垢的蒸发系统内,大力推 广石膏晶种法防结垢技术是非常必要的,尤其是 近些年国内废水蒸发领域,由于废 水组分复杂且多含有硫酸根及钙离子,显得更为必要。

    当然,除了采 用石膏晶种法对同时,还可以 采用其他措施进一步强化,从而更 有效的降低结垢情况。如可采 用并流蒸发结晶工艺,产品结 晶后可在各效均维持一定的固液比,同时保 证换热器内大于2m/s的管内溶液流速,可以通 过晶体盐粒对换热管壁的冲刷摩擦作用,降低硫 酸钙在换热器内的结垢趋势;当然最 好的办法是通过对原料液内的钙镁离子进行有效脱除,可以从 根本上解决硫酸钙结垢。


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