Page 212 - 《精细化工》2020年第12期

·2574· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

度下降导致 CaCO 3 结晶析出形成结垢层，硝系统的
2–
结垢物主要是由于母液中 CO 3 累积。虽然硝系统母
2+
2–
2+
液中 Ca 、Mg 浓度较低，但是高浓度的 CO 3 促进
CaCO 3 在换热管内壁结晶析出，形成坚硬的垢层，
降低换热系数。
2–
因此，本研究提出通过转变卤水中 CO 3 存在形
式，消除或缓解换热管结垢的方法。为此，通过实
–
2–
验和理论计算探究卤水中 CO 3 和 HCO 3 随 pH 的变
化情况。设定水溶液的 pH 和总碱度，依据式（1）～
–
2–
（3） [24] 计算 H 2 CO 3 、HCO 3 和 CO 3 在水溶液中的分
布情况，计算结果如图 4 所示。
 1
 K K K 
 0  =1+ 1 + 1 2  （1）
+
]
 [H ] [H + 2 

 [H ] K   1
+
 1  =1+ K + 2 +   （2）

 1 [H ] 
 [H ] [H ]  +  1
+2
 2  =1+ +   （3）

1
 KK 2 K 2 
–
式中： 、 、 分别为水溶液中 H 2 CO 3 、HCO 3 、
2
1
0
+
2–
CO 3 的分布系数； [H ] 、K 1 、K 2 分别为水溶液中
+
H 浓度、H 2 CO 3 一级离解平衡常数和二级离解平衡
常数。

图 4 不同 pH 下水溶液中 H 2 CO 3 的分布情况
Fig. 4 Distribution of H 2 CO 3 in aqueous solution with
different pH

2– –
由图 4 可知，CO 3 和 HCO 3 在水溶液中的分布
a—HE301 垢泥；b—HE307 进料管垢泥；c—HE307 出料管垢泥； 受 pH 的影响较为敏感。当溶液 pH 为 8.0~11.0 时，
d—HE212 垢泥
–
2–
随着 pH 的降低，CO 3 开始转化为 HCO 3 。当 pH 为
图 3 垢泥的 XRD 图谱 2– –
Fig. 3 XRD spectra of scale 9.0~9.5 时，此时 CO 3 向 HCO 3 的转化速率较高。因
此，在实验过程中，调节卤水 pH 为 9.0~9.5 时，可
2–
2–
–
1.2 实验原理 将部分的 CO 3 转换为 HCO 3 。CO 3 转化阻垢防垢技
由 1.1 节分析可知，盐硝联产蒸发装置中，盐 术的原理如图 5 所示，采用盐酸调节卤水 pH 使部
2–
–
2+
硝系统结垢物的成分基本相同，但其形成方式又有 分 CO 3 转化为 HCO 3 ，提高了 Ca 的溶解度，有效
明显区别。其区别在于，盐系统的结垢物主要由于 降低了换热管的结垢速率，从而达到真空制盐换热
溶液温度升高和母液蒸发浓缩，溶液中 CaCO 3 溶解 装置的阻垢防垢。