[发明专利]氯化钠水溶液间歇真空蒸发质量的控制方法

说明书

本发明涉及一种氯化钠水溶液间歇真空蒸发质量的控制方法，主要用于氯化钠水溶液间歇真空蒸发浓缩及其结晶过程的设计、计算机模拟以及过程控制，属于化学化工蒸发与结晶领域。本发明提出的氯化钠水溶液真空蒸发质量控制方法主要依据新型的蒸发模型和温差模型，利用数值方法进行设计计算，达到精确控制氯化钠水溶液真空蒸发过程中水分蒸发质量的目的，具有广阔的实验室和工业化应用前景，有利于氯化钠水溶液蒸发浓缩和结晶过程的设计以及控制，可以用于废水脱盐、海水淡化以及氯化钠工业结晶过程,有利于我国环境保护和资源再生利用的技术水平提升。

技术领域

本发明涉及氯化钠水溶液间歇真空蒸发过程中水分蒸发质量的控制方法，对氯化钠蒸发浓缩与结晶过程的设计、计算机模拟与控制具有重要意义。该发明可以用于废水脱盐、海水淡化以及食盐工业生产过程，属于化学化工中蒸发与结晶领域。

背景技术

氯化钠作为重要的化工原料和食品调味剂，由于其在水中的溶解度随温度变化较小，因此，其主要的生产方法为蒸发结晶。蒸发技术主要有传统的太阳晾晒法和真空蒸发技术。历史悠久的海盐、湖盐以及井盐，一般采用晾晒方法获得。但这种方法生产氯化钠受季节天气影响严重，生产效率往往较低。目前，氯化钠生产往往采用效率更高的工业化生产模式，即在结晶器中采用真空蒸发技术，快速蒸发，高效生产氯化钠晶体。所以，目前有关氯化钠制备的专利大多集中于结晶设备以及结晶制备方法方面【强制循环的氯化钠蒸发结晶装置(CN201520508913.4)，一种含氯化钠的废水的处理系统及其处理方法(CN201210422255.8)】。

随着计算机技术和控制理论的快速发展，工业生产中的过程控制对产品性质具有重要影响。高品质氯化钠晶体必须对生产过程中的蒸发快慢进行准确控制。否者可能会由于蒸发速率过快，发生大量的初级成核，产品粒度往往较小，而且颗粒容易聚集，不仅影响产品的粒度分布，同时可能会影响产品纯度。如果蒸发速率太慢，则会使结晶器生产效率大大下降，增加生产成本。因此，氯化钠蒸发结晶过程必须依据其成核和晶体生长动力学规律，并根据结晶过程溶液停留时间和产品粒度要求准确控制蒸发速率，以提供合适的氯化钠过饱和度，以良好促进氯化钠晶体的生长，最终达到目标粒度要求的产品。由此可见，无论是单效蒸发结晶、还是多效蒸发结晶，无论是间歇蒸发结晶还是连续蒸发结晶，其蒸发速率的控制对于氯化钠产品性质均具有不可忽视的作用。

目前氯化钠工业生产过程中水分质量蒸发速率的控制往往是依据大量小试或中试实验中积累的蒸发经验进行控制，控制精度往往比较粗糙，不利于氯化钠高品质产品的生产。本发明正是针对目前我国氯化钠工业生产中的蒸发控制问题，依据大量有关纯水以及各种浓度氯化钠盐水的文献蒸发实验数据，提出了一种新的氯化钠水溶液蒸发质量控制的设计方法，为高品质氯化钠产品生产过程中的蒸发准确控制提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种氯化钠水溶液间歇真空蒸发浓缩及其结晶时的蒸发质量模型和使用方法，为高品质氯化钠晶体生产过程设计与控制提供依据，有利于我国氯化钠工业生产技术水平的提升。

本发明主要内容如下：

1)水分质量蒸发模型

根据有关纯水以及氯化钠水溶液蒸发的文献实验数据[1-3]，本发明提出了氯化钠水溶液真空蒸发过程中水分质量随时间变化的新模型，其表达式为：

其中，m_V表示以单位溶液体积为基准的蒸发质量(kg/m³)，H、T₀、ΔT、t分别为溶液深度(m)、初始温度(℃)、温差(℃)和蒸发时间(s)。模型(1)的统计分析如表1所示，当p²大于0.9，F大于10倍FT时，模型及其参数是适定的。显然，由表1可见，模型(1)是适定的。模型(1)对283组的盐水溶液真空蒸发的文献数据回归的平均相对误差小于8.08％，完全满足氯化钠蒸发过程的工业设计误差要求。模型(1)对文献实验数据的处理效果如图1所示。

表1模型统计分析