處理硫酸鈉與氯化鈉的混合溶液（如鹽湖鹵水、化工副產(chǎn)鹽水等）是蒸發(fā)結(jié)晶領(lǐng)域一個經(jīng)典且復(fù)雜的課題。其核心挑戰(zhàn)在于分離，而非單一結(jié)晶。工藝與設(shè)備的選擇完全圍繞兩者溶解度的交互影響以及目標(biāo)產(chǎn)品展開。

一、核心工藝原理：相圖指導(dǎo)下的分離

工藝設(shè)計完全依據(jù)Na?,Cl?,SO?2?//H?O四元體系相圖。在該體系中，有一個關(guān)鍵的無變量點(diǎn)（共飽點(diǎn)），在此點(diǎn)溶液同時被NaCl和Na?SO?（通常以十水硫酸鈉形式，即芒硝）飽和。這是工藝分離的理論基礎(chǔ)。

根據(jù)原料液組成相對于該共飽點(diǎn)的位置和目標(biāo)產(chǎn)品，主要有兩大工藝路線：

1.以產(chǎn)鹽（NaCl）為主，副產(chǎn)芒硝

適用條件：原料液中氯化鈉含量相對較高。

工藝流程：

蒸發(fā)階段：將混合溶液蒸發(fā)濃縮。由于NaCl溶解度變化小，而Na?SO?在高溫下溶解度降低，因此在蒸發(fā)過程中，無水硫酸鈉或十水硫酸鈉（取決于溫度）會首先大量析出。通過固液分離（如旋流器、離心機(jī)）將其作為副產(chǎn)品移出。

分離后繼續(xù)蒸發(fā)：移除了大部分硫酸根的母液，其組成點(diǎn)沿著相圖邊界線向氯化鈉頂點(diǎn)移動。繼續(xù)蒸發(fā)，此時高純度的氯化鈉將結(jié)晶析出。

母液循環(huán)/排放：最終母液（富含雜質(zhì)的共飽液）需要部分排放，以防止雜質(zhì)（如鉀、鎂離子）過度累積。

2.以產(chǎn)硝（Na?SO?）為主，副產(chǎn)鹽

適用條件：原料液中硫酸鈉含量相對較高。

工藝流程：

蒸發(fā)濃縮：首先蒸發(fā)使溶液達(dá)到共飽點(diǎn)附近。

熱法分離硝：在較高溫度（如>50℃）下蒸發(fā)，此時析出的主要是無水硫酸鈉，通過分離得到無水硝產(chǎn)品。

冷卻結(jié)晶提硝：更常見的工藝是熱法蒸發(fā)結(jié)合冷凍結(jié)晶。將濃縮后的高溫母液進(jìn)行冷卻（如降至0-10℃），利用十水硫酸鈉溶解度在低溫下急劇下降的特性，大量析出十水硫酸鈉（芒硝），經(jīng)分離得到芒硝產(chǎn)品（可進(jìn)一步脫水為無水硝）。

副產(chǎn)鹽：分離芒硝后的母液，返回蒸發(fā)系統(tǒng)繼續(xù)濃縮，最終副產(chǎn)氯化鈉。

二、關(guān)鍵設(shè)備種類與選型

混合體系的復(fù)雜性和易結(jié)垢性，決定了設(shè)備必須具有抗結(jié)垢、易清理、適合連續(xù)分離的特點(diǎn)。

1.強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器（FC）

主導(dǎo)設(shè)備，幾乎是此類混合鹽分離的標(biāo)準(zhǔn)配置。

優(yōu)勢：

高速循環(huán)（2-3m/s）能防止鹽類在傳熱管壁結(jié)垢，尤其適合析出硫酸鈉這種易在壁面附著的晶體。

過飽和在結(jié)晶室釋放，為兩種鹽的分別生長提供良好條件。

可通過清母液循環(huán)或晶漿循環(huán)模式操作，控制過飽和度，優(yōu)化不同鹽的結(jié)晶過程。

2.多效蒸發(fā)系統(tǒng)

工藝框架：為降低能耗，整個分離流程通常構(gòu)建在多效蒸發(fā)的框架內(nèi)。例如，前三效用于濃縮和析出硫酸鈉，末效用于結(jié)晶氯化鈉。各效可能采用不同的操作溫度以適應(yīng)不同鹽的析出序列。

3.奧斯陸（Oslo）結(jié)晶器

應(yīng)用相對較少，但可用于對晶體粒度有特別要求的場合，例如希望獲得粗大、均勻的硫酸鈉或氯化鈉晶體。其清液循環(huán)、晶體懸浮生長的特性有利于晶體長大，但對進(jìn)料組成穩(wěn)定性和操作控制要求更高。

4.配套分離與輔助設(shè)備

旋流器組：至關(guān)重要的分級設(shè)備。利用兩種鹽（如芒硝與鹽）的密度和粒度差異，在結(jié)晶器出料時進(jìn)行初步分離，將大部分NaCl晶體與Na?SO?晶體分開，再分別進(jìn)入后續(xù)離心機(jī)。

離心機(jī)：對初步分離后的晶漿進(jìn)行最終脫水，得到濕產(chǎn)品。

冷凍結(jié)晶器：如果采用冷凍法提硝，需要專門的表面冷卻式結(jié)晶器或直接接觸式冷卻結(jié)晶器。

總結(jié)

硫酸鈉與氯化鈉混合溶液的蒸發(fā)結(jié)晶，本質(zhì)是一個基于相圖的、分步可控結(jié)晶分離過程。

工藝核心：通過控制蒸發(fā)、溫度（冷卻）和固液分離的順序，引導(dǎo)目標(biāo)鹽分步析出。

設(shè)備核心：多效蒸發(fā)框架下的強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器是主流生產(chǎn)裝置，輔以旋流器等高效分級設(shè)備實(shí)現(xiàn)兩種鹽的連續(xù)物理分離。

控制關(guān)鍵：精確的液相組成分析（在線或離線）和相圖計算，是指導(dǎo)操作、調(diào)整蒸發(fā)/冷卻負(fù)荷、確保產(chǎn)品純度和收率的“大腦”。

整個系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本高，但能實(shí)現(xiàn)資源的有效綜合利用和廢液的減量化。