蒸发终止沸点

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第1574页（3498字）

在蒸发浓缩过程中，混合卤中的氯化钠和硫酸镁不断结晶析出，氯化钾和氯化镁的浓度不断升高，料液沸点也随之升高。终止蒸发时的料液沸点称为终止沸点，生产上常通过控制终止沸点间接地控制蒸发完成液的浓度。对蒸发过程的工艺要求是：氯化钠和硫酸镁要充分析出，但不允许有氯化钾析出；固液分离后的澄清液中，光卤石应尽量接近饱和，以不析出为限。因此，选择适宜的终止沸点是蒸发工艺中的关键。

(一)蒸发过程的理论分析

蒸发终止浓度过高会使光卤石达到饱和而析出，造成钾的损失；蒸发终止浓度过低，氯化钠和硫酸镁析出不充分，影响光卤石的产量和质量。根据蒸发工艺要求，完成液的组成应接近氯化钠、硫酸镁和光卤石三盐共饱点，当蒸发完成液的温度降至保温固液分离温度时，以光卤石恰好饱和为最理想。现根据相图理论对蒸发过程中析盐规律、析盐量及最佳液相组成进行分析。

卤水蒸发时沸点在120℃以上，目前仅有110℃的相图数据，故只能采用110℃的相图作近似分析。高温固液分离温度一般在90～110℃之间，现选择100℃作为保温固液分离温度。将100℃及110℃两组Na⁺、K⁺，Mg²⁺／／Cl^－，SO₄^2－－H₂O五元交互体系平衡相图绘在一起进行分析，如图6－2－7。

图6－2－7 100℃和110℃时Na、K^t、Mg²⁺／／Cl^－、SO₄^2－五元交互体系平衡相图

实线为110℃的相图；虚线为100℃的相图；A点为MgSO₄·H₂O在干

盐图上的固相点；a点为MgSO₄·H₂O在水图上的固相点；b_N为B_110℃

点在NaCl盐图上的对应点；水图上各小写字母点及NaCl盐图止带(，)

的写字母点，分别与干盐图上各大写字母点相对应

LÖw；Na₂SO₄·MgSO₄·H₂O

Mg·1：MgSO₄·H₂O

Car：KCl·MgCl₂·6H₂O

Lang：K₂SO₄·2MgSO₄

Bi：MgCl₂·6H₂O

某混合卤组成如下：

°Bé ℃ MgSO₄ MgCl₂ KCl NaCl

30．9 30 72．54 216．27 20．07 69．93

换算成耶涅克指数为：

Mg²⁺ SO₄^2－ 2K⁺ 2Na⁺ H₂O

79．6 16．18 3．72 16．55 1370

将上述组成的混合卤标在图6－2－7上，在干盐图上体系点为P，在水图上体系点为M₀。P点落在MgSO₄·H₂O结晶区内，故混合卤蒸发时首先伴随NaCl结晶析出的是MgSO₄·H₂O；继续蒸发当液相点到达C点时，KCl·MgCl₂·6H₂O饱和。由100℃的相图看出：MgSO₄·H₂O、NaCl和KCl·MgCl₂·6H₂O的三盐共饱线FG比110℃的三盐共饱线DE更靠近P点，若高温蒸发时液相点到达C点，到保温固液分离温度降到100℃时必有光卤石析出，造成钾盐损失。显然，高温蒸发时液相组成必须在C点之前，当温度降到100℃时液相组成恰好落在N点上是最佳点。究竟高温蒸发时液相点控制在C点之前什么位置最好，可用图解法确定如下：

高温蒸发时液相组成点应在C点之前，并在AC直线上，水图上该点应在b110℃C直线上。当降到保温温度时，液相点应在NaCl、MgSO₄·H₂O、KCl·MgCl₂·6H₂O三盐共饱线的N点，水图上该点应在an线上。显然，能同时在两条直线上的点，必是两直线的交点。故水图上b110℃C线与an线的交点1就是高温蒸发的最佳终止液相点，投影在干盐图上为L点。此时体系点在水图上已由M₀点降到M点，因M点仍在M1M₂之间，为NaCl和MgSO₄·H₂O共同析出阶段。整个蒸发过程是：混合卤的体系点随着蒸发水分及NaCl和MgSO₄·H₂O的析出由M₀→M点。到达M点后停止蒸发，液相点为1，降到保温温度100℃的过程中，NaCl和MgSO₄·H₂O继续析出，液相点由l→n点，到n点后光卤石刚好饱和而又不析出。

通过计算可知，蒸发到液相组成为L点时，NaCl和MgSO₄的析出率已达90%左右，为下一工序制得优质光卤石创造了有利条件。

(二)终止沸点、保温温度、MgCl₂／KCl比值之间的关系

根据蒸发的工艺要求，澄清液应是氯化钠、一水硫酸镁和光卤石的共饱溶液。根据相图可知：在压力不变的情况下，处于三盐共饱线上的体系只有两个自由度，即温度(此时就是保温温度)和卤水中某一组分的浓度。为便于工艺分析，选择卤水中MgCl₂／KCl比值代替某一组分的浓度较为方便。这样当保温温度和MgCl₂／KCl比值这两个自由度确定后，澄清液的组成也就确定了，同时澄清液的沸点及波美度也有了确定的数值。生产上通过测量蒸发完成液的终止沸点及澄清液的波美度，来控制澄清液的组成。有关数据列于表6－2－5及表6－2－6。根据表6－2－5数据绘制成图6－2－8、6－2－9、6－2－10、6－2－11，根据表6－2－6数据绘制成图6－2－12和图6－2－13。

表6－2－5 不同温度、不同MgCl₂／KCl比值下，NaCl，MgSO₄·H₂O，KCl·MgCI₂·6H₂O共饱液组成

表6－2－6 蒸发终止沸点与保温温度及卤水中镁钾比值的关系

图6－2－8 90℃时NaCl，MgSO₄·H₂O，KCl·MgCl·6H₂O共饱和时的液相组成与镁钾比值的关系

图6－2－9 100℃时NaCl，MgSO₄·H₂O，KCl·MgCl₂·6H₂O共饱和时的液相组成与镁钾比值的关系

图6－2－10 110℃时NaCl，MgSO₄·H₂O，KCl·MgCl·6H₂O共饱和时的液相组成与镁钾比值的关系

图6－2－11 120℃时NaCl，MgSO₄·H₂O，KCl·MgCl·6H₂O共饱和时的液相组成与镁钾比值的关系

图6－2－12 混合卤MgCl₂／KCl比值

t－保温温度

图6－2－13 混合卤MgCl₂／KCl比值与终止沸点的关系(澄清液NaCl，KCI·MgCl₂·6H₂O，MgSO₄·H₂O处于共饱和)

由表6－2－5的数据看出：在相同的温度下，MgCl₂／KCl比值越高，三盐共饱的溶液中KC1浓度越低；MgCl₂／KCl比值一定时，温度越高，溶液中KCl的浓度也越高。所以在选工艺条件时，应将保温温度控制的稍高一些，MgCl₂／KCl比值稍低一些。

例如，混合卤中MgCl₂／KC1比值为10．5，保温温度为100℃时，由图6－2－13可查出相应的终止沸点为127．7℃，生产上可控制为128℃。